Слово епітаксії складається з двох грецьких слів: «епі» – «над» і «таксис» – «упорядкування» Тому термін епітаксії означає нарощування Кристалографічна орієнтованих монокристалічних шарів на монокристалічні підкладки або один на одного Монокристалічна підкладка в процесі вирощування грає роль затравочного кристала

Можна виділити два види епітаксії: гомоепітаксію (автоепітаксію) і гетероепітаксіі

Гомоепітаксія – Це нарощування монокристаллической плівки на підкладку з того ж речовини, що і плівка Наприклад, нарощування епітаксіальної плівки кремнію на підкладу (обємний кристал) з монокристалічного кремнію

Гетероепітаксіі – Це нарощування плівки на чужорідну підкладку Наприклад, нарощування епітаксіальної плівки PbTe на монокристаллическую підкладку BaF2 Однак при гетероепітаксіі кристалічні решітки плівки і підкладки повинні бути подібні, а параметри решіток близькі для забезпечення зростання монокристалічного шару

Методи епітаксіального вирощування монокристалічних плівок набули широкого поширення в технології напівпровідникових приладів тільки тоді, коли навчилися отримувати плівки заданого складу, що володіють параметрами, близькими до параметрів обємних кристалів Можна сказати, що науково-технічний прогрес у галузі микроминиатюризации інтегральних схем значною мірою зобовязаний впровадженню у виробництво методів епітаксіальної кристалізації За91 Епітаксия 321

Рис 91 Схеми околиць p n-Переходу у випадках дифузійного (а) І епітаксійного (б) Легування При створенні p n-Переходу методом дифузії домішок в кристал по обидві сторони від переходу розташовуються досить широкі області сильно скомпенсованого матеріалу

мена обємних кристалів епітаксійних плівками дозволила підвищити вихід придатних приладів, скоротити тривалість операцій, знизити їх собівартість

До основних переваг епітаксіальної технології можна віднести наступні переваги

Епітаксиальні нарощування напівпровідникових плівок здійснюється, як правило, при температурах нижчих, ніж температури отримання обємних монокристалів При цьому спрощується контроль за процесом кристалізації і забезпечується краща відтворюваність властивостей Зниження температури зростання супроводжується уповільненням дифузії домішок (у тому числі і забруднюючих) в процесі отримання епітаксійних плівок У підсумку поліпшуються вихідні параметри напівпровідникових матеріалів

Епітаксіальні методи зростання дозволяють досить просто здійснювати легування монокристалічних плівок безпосередньо в процесі їх вирощування, забезпечують однорідний розподіл легуючих елементів в плівках, дають можливість вирощувати різкі p n-Переходу зі стрибкоподібно мінливої ​​концентрацією (рис 91,б)

Застосування епітаксійних шарів на підкладці надає розробнику приладів можливість зміни профілю легування в виготовленої структурі в набагато більш широких межах, ніж це можливо при використанні дифузії або іонної імплантації

Суттєвою особливістю епітаксіального нарощування з газоподібної фази є можливість осадження чистого матеріалу на сильно легованих підкладках Така можливість надзвичайно важлива для виробництва напівпровідникових квантових генераторів світла (лазерів) З іншого боку, для ряду додатків (наприклад, для виготовлення транзисторів) необхідні тонкі епітаксіальні шари напівпровідникових сполук на високоомних підкладках Епітаксіальні методи дозволяють це досить просто реалізувати

Використання епітаксійних плівок в електронній промисловості дозволило істотно поліпшити характеристики тунельних і лазерних діодів, 1 розробити технологію отримання транзисторів з високим коефіцієнтом посилення на високих частотах, 2 потужних і високовольтних транзисторів На застосуванні епітаксійних шарів засновано виробництво таких приладів, як планарні польові транзистори, виконані на структурі метал-окисел-напівпровідник з ізоляцією V-подібними канавками (V-МОП) Епітаксіальні структури також використовуються для поліпшення характеристик памяті з довільним доступом і комплементарних інтегральних МОП-схем Нові перспективи в техніці відкрило вживання епітаксійних гетероструктур, створення яких іншими методами утруднене, в напівпровідникових приладах (наприклад, для виготовлення інжекційних лазерів) Крім того, епітаксії дає можливість отримання багатошарових структур з властивостями кожного шару, практично не залежними від властивостей попереднього шару Це відкриває широкі можливості для розробки якісно нових типів електронних приладів

Слід зазначити, що інтенсивна розробка технологічних методів тонкопленочной епітаксії, що забезпечують прецизійне управління процесом зростання і контроль якості одержуваних структур, дозволила зробити якісний стрибок у розвитку фізики напівпровідників Історія розвитку фізики напівпровідників така, що якщо основними обєктами дослідження років 30 тому були монокристали, а років 15 тому – епітаксіальні плівки, то зараз – це багатошарові гетероструктури, сверхрешетки, структури з квантовими нитками і точками

Дійсно, в ході дослідження властивостей дуже тонких плівок був виявлений ряд нових цікавих фізичних ефектів, які відкри

1Ізвестно, що в багатьох оптоелектронних приладах «обсяг» кристала часто грає роль баласту, що зменшує інтенсивність виходить випромінювання через оптичного поглинання і рекомбінації Звідси природне прагнення зменшити цей обсяг

2 Прагнення до збільшення напруги пробою база-колектор при формуванні транзистора в обсязі кремнію вимагало застосування матеріалу з високим питомим опором, що при великій товщині кремнію призводило до надмірного збільшення опору колектора, вело до збільшення потужності, що розсіюється і зменшення коефіцієнта підсилення Використання високоомних епітаксійних шарів на підкладках з низьким питомим опором дозволило вирішити ці проблеми Таким же чином були вирішені аналогічні проблеми і при виробництві біполярних інтегральних схем

Чи є можливість створення принципово нового класу напівпровідникових приладів – приладів, розроблених на основі властивостей структур з квантовими ямами Не дивно, що в даний час структури з квантовими ямами, нитками, точками є одними з найбільш інтенсивно досліджуваних обєктів у фізиці напівпровідників, а характеристика країн як «технологічних держав» значною мірою визначається саме рівнем розвитку технології отримання таких структур

У цій главі будуть розглянуті основи існуючих уявлень про перших стадіях зародження і подальшому зростанні епітаксійних плівок з газоподібних фаз, а також деякі методи епітаксійного нарощування тонких шарів напівпровідників, включаючи і рідинну епітаксії

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002