Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кристаллдың субстратқа қатысты өсу процесі
Crystal growth process relative to the substrate
Эпитаксия (эпи префиксі "үстінде" дегенді білдіреді) – жаңа кристалл қабаттарының кристаллдық тұқымдық қабатқа қатысты бір немесе бірнеше анықталған бағыттармен қалыптасатын кристалл өсуі немесе материалдың шоғырлануы. Шығарылған кристаллдық қабат эпитаксиалдық қабат немесе эпитаксиалдық жабын деп аталады. Эпитаксиалдық қабаттың тұқымдық қабатқа қатысты бағыты әр материалдың кристаллдық торларының бағытымен анықталады. Көптеген эпитаксиалдық өсулер үшін жаңа қабат әдетте кристаллды болады және үстіңгі қабаттың әрбір кристаллографиялық домені субстраттың кристалл құрылымына қатысты анық бағытқа ие болуы керек. Эпитаксия бір кристаллдық құрылымдарды қамтуы мүмкін, бірақ түйіршікті фильмдерде түйіршіктер арасындағы эпитаксия байқалады. Көптеген технологиялық қолданымдар үшін бір доменді эпитаксия, яғни субстрат кристаллына қатысты бір анық бағыты бар үстіңгі қабаттың өсуі, артықшылыққа ие. Эпитаксия суперрешеткалық құрылымдарды өсіру кезінде де маңызды рөл атқарады. Эпитакси термині грек тілінен алынған, epi (ἐπί) – "үстінде", ал taxis (τάξις) – "реттелген тәсіл" дегенді білдіреді. Эпитаксиалдық өсудің негізгі коммерциялық қолданыстарының бірі – жартылай өткізгіш өнеркәсібі, онда жартылай өткізгіш жабындар жартылай өткізгіш субстрат пластиналарына эпитаксиалды түрде өсіріледі. Жазық жабынның субстрат пластинасының үстіне эпитаксиалды өсу жағдайында эпитаксиалды жабынның торсы субстрат пластинасының кристаллдық торына қатысты белгілі бір бағытқа ие болады, мысалы, жабынның [001] Миллер индексі субстраттың [001] индексімен сәйкес келеді. Ең қарапайым жағдайда эпитаксиалдық жабын субстрат сияқты жартылай өткізгіш қосылыстың жалғасы болуы мүмкін; бұл гомоэпитакси деп аталады. Әйтпесе эпитаксиалдық жабын басқа қосылыстан тұрады; бұл гетероэпитакси деп аталады.
Epitaxy (prefix epi means "on top of”) refers to a type of crystal growth or material deposition in which new crystalline layers are formed with one or more well defined orientations with respect to the crystalline seed layer. The deposited crystalline film is called an epitaxial film or epitaxial layer. The relative orientation(s) of the epitaxial layer to the seed layer is defined in terms of the orientation of the crystal lattice of each material. For most epitaxial growths, the new layer is usually crystalline and each crystallographic domain of the overlayer must have a well defined orientation relative to the substrate crystal structure. Epitaxy can involve single crystal structures, although grain to grain epitaxy has been observed in granular films. For most technological applications, single domain epitaxy, which is the growth of an overlayer crystal with one well defined orientation with respect to the substrate crystal, is preferred. Epitaxy can also play an important role while growing superlattice structures. The term epitaxy comes from the Greek roots epi (ἐπί), meaning "above", and taxis (τάξις), meaning "an ordered manner". One of the main commercial applications of epitaxial growth is in the semiconductor industry, where semiconductor films are grown epitaxially on semiconductor substrate wafers. For the case of epitaxial growth of a planar film atop a substrate wafer, the epitaxial film's lattice will have a specific orientation relative to the substrate wafer's crystalline lattice, such as the [001] Miller index of the film aligning with the [001] index of the substrate. In the simplest case, the epitaxial layer can be a continuation of the same semiconductor compound as the substrate; this is referred to as homoepitaxy. Otherwise, the epitaxial layer will be composed of a different compound; this is referred to as heteroepitaxy.
Сұйық фаза
Сұйық фазалы эпитаксия (LPE) – қатты негіздерде балқымадан жартылай өткізгіш кристалдық қабаттарды өсіру әдісі. Бұл жартылай өткізгіштің балқу температурасынан төмен температурада жүзеге асады. Жартылай өткізгіш басқа материалдың балқымасында ерітіледі. Ерігіштік пен шөгу арасындағы тепе-теңдікке жақын жағдайларда, жартылай өткізгіш кристаллының негізде шөгуі салыстырмалы түрде жылдам және біркелкі болады. Ең көп қолданылатын негіз – индий фосфиді (InP). Арнайы қолданулар үшін шыны немесе керамика сияқты басқа негіздер де қолданылуы мүмкін. Ядро пайда болуын жеңілдету және өсірілген қабатта кернеуді болдырмау үшін негіз бен өсірілген қабаттың жылулық кеңею коэффициенттері ұқсас болуы керек. Центрифугалды сұйық фазалы эпитаксия коммерциялық түрде кремний, германий және галлий арсенидінің жұқа қабаттарын жасау үшін қолданылады. Центрифуга арқылы қалыптасқан қабықша өсуі – бұл материалдардың жұқа қабаттарын жасау үшін центрифуганы пайдалану арқылы жүзеге асырылатын процесс. Бұл процесс жұқа пленкалық күн батареялары және алыс инфрақызыл фотодетекторлар үшін кремний жасауға қолданылған. Қабаттың өсуін бақылау үшін температура және центрифуганың айналу жылдамдығы қолданылады.
Liquid phase epitaxy (LPE) is a method to grow semiconductor crystal layers from the melt on solid substrates. This happens at temperatures well below the melting point of the deposited semiconductor. The semiconductor is dissolved in the melt of another material. At conditions that are close to the equilibrium between dissolution and deposition, the deposition of the semiconductor crystal on the substrate is relatively fast and uniform. The most used substrate is indium phosphide (InP). Other substrates like glass or ceramic can be applied for special applications. To facilitate nucleation, and to avoid tension in the grown layer the thermal expansion coefficient of substrate and grown layer should be similar. Centrifugal liquid phase epitaxy is used commercially to make thin layers of silicon, germanium, and gallium arsenide. Centrifugally formed film growth is a process used to form thin layers of materials by using a centrifuge. The process has been used to create silicon for thin film solar cells and far infrared photodetectors. Temperature and centrifuge spin rate are used to control layer growth.
Қатты фаза
Қатты фаза эпитаксиі (ҚФЭ) – материалдың аморфты және кристалл фазалары арасындағы өту. Ол әдетте кристаллдық негізге аморфты материалдан пленка жабылып, содан кейін пленканы кристалдастыру үшін қыздыру арқылы жасалады. Бір кристаллдық негіз кристалл өсуі үшін қалып ретінде қызмет етеді. Иондық имплантация кезінде аморфтанған кремний қабаттарын қайта кристалдау немесе жақсарту үшін қолданылатын термиялық өңдеу кезеңі де қатты фаза эпитаксиінің бір түрі саналады. Бұл процесте өсіп келе жатқан кристалл мен аморфты қабаттың интерфейсіндегі қоспалардың бөлінуі және қайта таралуы металдар мен кремнийдегі нашар ерігіш допанттарды енгізу үшін пайдаланылады.
Solid phase epitaxy (SPE) is a transition between the amorphous and crystalline phases of a material. It is usually produced by depositing a film of amorphous material on a crystalline substrate, then heating it to crystallize the film. The single crystal substrate serves as a template for crystal growth. The annealing step used to recrystallize or heal silicon layers amorphized during ion implantation is also considered to be a type of solid phase epitaxy. The impurity segregation and redistribution at the growing crystal amorphous layer interface during this process is used to incorporate low solubility dopants in metals and silicon.
Допинг қолдану
Эпитаксиалды қабатты тұндыру барысында арсин, фосфин немесе диборан сияқты бастапқы газға қоспалар қосу арқылы допингтеуге болады. Булану немесе беткі қабатты ылғалды кесу арқылы босатылған газ фазасындағы допанттар эпитаксиалды қабатқа диффузияланып, автодопинг тудыруы мүмкін. Газ фазасындағы қоспаның концентрациясы, тұнған қабықшадағы оның концентрациясын анықтайды. Допингке қол жеткізу үшін сайттық бәсекелестік әдісін де пайдалануға болады, онда өсу прекурсорларының арақатынасы бос орындардың, нақты допант түрлерінің немесе бос допант кластерлерінің кристалдық торға енуін күшейту үшін реттеледі. Бұған қоса, эпитаксия жүргізілетін жоғары температура допанттардың пластинадағы басқа қабаттардан өсіп келе жатқан қабатқа диффузиялануына (сыртқа диффузия) мүмкіндік береді.
An epitaxial layer can be doped during deposition by adding impurities to the source gas, such as arsine, phosphine, or diborane. Dopants in the source gas, liberated by evaporation or wet etching of the surface, may also diffuse into the epitaxial layer and cause autodoping. The concentration of impurity in the gas phase determines its concentration in the deposited film. Doping can also be achieved by a site competition technique, where the growth precursor ratios are tuned to enhance the incorporation of vacancies, specific dopant species or vacant dopant clusters into the lattice. Additionally, the high temperatures at which epitaxy is performed may allow dopants to diffuse into the growing layer from other layers in the wafer (out diffusion).
Минералдар
Минералогияда эпитаксия – бір минералдың басқа минералға ретті түрде өсуі, нәтижесінде екі минералдың белгілі бір кристалдық бағыттары бірімен-бірі сәйкес келеді. Бұл жағдай, өсуші қабаттың және субстраттың кристалдық торларындағы кейбір жазықтықтардағы атомдар арасындағы қашықтықтар ұқсас болғанда туындайды. Кейбір авторлар бірдей минералдық түрдің екінші буынының өсуін де эпитаксия деп қарастыру қажет деп есептейді. Бұл түсінік жартылай өткізгіш ғалымдары үшін кең таралған, олар бірдей материалдың жартылай өткізгіш субстратында әртүрлі допинг деңгейі бар қабықшаның эпитаксиялық өсуін қозғауға тырысады. Дегенмен, табиғатта пайда болатын минералдар үшін Халықаралық минералогиялық қауымдастықтың (IMA) анықтамасы екі минералдың әртүрлі түрлерге жататындығын талап етеді. Эпитаксияның тағы бір қолданылуы – күміс йодидті пайдалану арқылы жасанды қар жасау, себебі гексагональды күміс йодид пен мұздың элементар жасушаларының өлшемдері ұқсас. Рутил тетрагональды, ал гематит тригональды болып табылады, бірақ рутилдің (100) жазықтығында (a осіне перпендикуляр) және гематиттің (001) жазықтығында (c осіне перпендикуляр) атомдар арасындағы қашықтықтардың ұқсас бағыттары бар. Эпитаксия кезінде бұл бағыттар бірімен-бірі сәйкес келуге бейім, нәтижесінде рутилдің өсу осі гематиттің c осіне параллель, ал рутилдің c осі гематиттің бірінен кейін бірі орналасқан осьтерінің біріне параллель болады. Егер катиондар оттегі аниондарының тығыз құрылымына сыйып алатынша кішкентай болса, онда ең жақын оттегі атомдары арасындағы қашықтық екі түр үшін де бірдей болар еді. Алайда, оттегі ионының радиусы 1,36 Å ғана, ал Fe катиондары кейбір өзгерістерге себеп болатынша үлкен. Fe радиусы зарядына (2+ немесе 3+) және координациялық санына (4 немесе 8) байланысты 0,49 Å-ден 0,92 Å-ге дейін өзгереді. Дегенмен, екі минерал үшін де оттегі атомдары арасындағы қашықтықтар ұқсас болғандықтан гематит магнетиттің (111) жазықтығында, гематит (001) магнетит (111) жазықтығына параллель өсе алады.
In mineralogy, epitaxy is the overgrowth of one mineral on another in an orderly way, such that certain crystal directions of the two minerals are aligned. This occurs when some planes in the lattices of the overgrowth and the substrate have similar spacings between atoms. Some authors consider that overgrowths of a second generation of the same mineral species should also be considered as epitaxy, and this is common terminology for semiconductor scientists who induce epitaxic growth of a film with a different doping level on a semiconductor substrate of the same material. For naturally produced minerals, however, the International Mineralogical Association (IMA) definition requires that the two minerals be of different species. Another man made application of epitaxy is the making of artificial snow using silver iodide, which is possible because hexagonal silver iodide and ice have similar cell dimensions. Rutile is tetragonal and hematite is trigonal, but there are directions of similar spacing between the atoms in the (100) plane of rutile (perpendicular to the a axis) and the (001) plane of hematite (perpendicular to the c axis). In epitaxy these directions tend to line up with each other, resulting in the axis of the rutile overgrowth being parallel to the c axis of hematite, and the c axis of rutile being parallel to one of the axes of hematite. If the cations were small enough to fit into a truly close packed structure of oxygen anions then the spacing between the nearest neighbour oxygen sites would be the same for both species. The radius of the oxygen ion, however, is only 1.36 Å and the Fe cations are big enough to cause some variations. The Fe radii vary from 0.49 Å to 0.92 Å, depending on the charge (2+ or 3+) and the coordination number (4 or 8). Nevertheless, the O spacings are similar for the two minerals hence hematite can readily grow on the (111) faces of magnetite, with hematite (001) parallel to magnetite (111).