Кіріспе
Жартылай өткізгіштерді шоғырландыру әдісі. Химиялық сәулелі эпитаксия (ХСЭ) жартылай өткізгіш қабатты жүйелер үшін, әсіресе III-V жартылай өткізгіш жүйелер үшін шоғырландыру әдістерінің маңызды класын құрайды. Эпитаксиялық өсудің осы түрі жоғары вакуумды жүйеде жүзеге асырылады. Реагенттер реактивті газдардың молекулалық сәулелері түрінде болады, әдетте гидрид немесе металлорганикалық қосылыстар түрінде. ХСЭ термині металлорганикалық молекулалық сәулелі эпитаксия (MOMBE) терминімен жиі алмастырылып қолданылады. Дегенмен, номенклатура екі (біршама ерекшеленетін) процесті ажыратады. Ең қатаң мағынасында, ХСЭ екі компонентті де газ тәрізді көздерден алу әдісін білдіреді, ал MOMBE III топтағы компонентті газ тәрізді көздерден, ал V топтағы компонентті қатты көздерден алу әдісін білдіреді.
Chemical beam epitaxy (CBE) forms an important class of deposition techniques for semiconductor layer systems, especially III V semiconductor systems. This form of epitaxial growth is performed in an ultrahigh vacuum system. The reactants are in the form of molecular beams of reactive gases, typically as the hydride or a metalorganic. The term CBE is often used interchangeably with metal organic molecular beam epitaxy (MOMBE). The nomenclature does differentiate between the two (slightly different) processes, however. When used in the strictest sense, CBE refers to the technique in which both components are obtained from gaseous sources, while MOMBE refers to the technique in which the group III component is obtained from a gaseous source and the group V component from a solid source.
Негізгі қағидалар
Химиялық сәулелі эпитаксия алғаш рет 1984 жылы В. Т. Цанг көрсетті. Бұл техника металл-органиқалық химиялық бу фазалық эпитаксияның (MOCVD) және молекулалық сәулелі эпитаксияның (MBE) гибриді ретінде сипатталды, бұл екі техниканың да артықшылықтарын пайдаланды. Алғашқы жұмыста InP және GaAs газ тәрізді III және V топтарының алкилдерін қолданып өсірілді. III топтағы элементтер алкилдердің пиролизінен алынды, ал V топтағы элементтер 950–1200 °C температурада қыздырылған танталмен (Ta) немесе молибденмен (Mo) жанасқанда алкилдердің ыдырауынан алынды. Газ реакторындағы қалыпты қысым 102 Торр және 1 атм аралығында. Мұнда газдың тасымалдануы тұтқыр ағын арқылы жүзеге асырылады және химиялық заттар диффузия арқылы бетке жетеді. Керісінше, CBE-де 10−4 Торр-ден төмен газ қысымы қолданылады. Газ тасымалы енді ұзақ орташа еркін жолдарға байланысты молекулалық сәуле ретінде жүзеге асырылады, ал процесс химиялық сәулелі жинақталуға қарай дамиды. Сондай-ақ, MBE атомдық сәулелерді (мысалы, алюминий (Al) және галлий (Ga)) және қатты элементтік көздерден жоғары температурада буланған молекулалық сәулелерді (мысалы, As4 және P4) қолданады, ал CBE үшін көздер бөлме температурасында газ фазасында болады. MOCVD, MBE және CBE үшін өсу камерасындағы әртүрлі процестердің салыстыруын 1-суретте көруге болады. [[Сурет:CBE im1.png|center|500px|thumb|1-сурет: а) MOCVD, б) MBE және в) CBE өсу камераларындағы негізгі процестер.] Газ енгізу жүйесі, жүйенің ең маңызды компоненттерінің бірі, материалдық сәуле ағынын басқарады. Көбінесе қысымды басқару жүйелері қолданылады. Материал ағыны газ инъекциялау капиллярының кіріс қысымымен реттеледі. Камера ішіндегі қысымды сыйымдылық манометрімен өлшеуге және бақылауға болады. Газ тәрізді бастапқы материалдардың инжекторларының немесе эффузиялық соплоларының молекулалық сәулелері біртекті сәуле профилін қамтамасыз етеді. Кейбір бастапқы қосылыстар үшін, мысалы, V топтағы бастапқы материал болып табылатын гидридтер үшін, гидридтерді инжекторға алдын ала ыдырату қажет. Бұл әдетте қыздырылған металл немесе жіп арқылы термиялық ыдырау арқылы жасалады. Сондай-ақ, шекаралық қабат жоқ (MOCVD-дегідей) және төмен қысымға байланысты молекулалық соқтығысулар өте аз. V топтағы алкилдер әдетте артық мөлшерде беріледі, ал III топтағы алкил молекулалары дәстүрлі MBE сияқты қыздырылған субстратқа тікелей соқтығысады. III топтағы алкил молекуласының мұндай жағдайда екі мүмкіндігі бар. Бірінші мүмкіндік – оның үш алкил радикалын беттен жылу энергиясын алып, бетте III топтағы элементтік атомдарды қалдыру арқылы ыдырату. Екінші мүмкіндік – жартылай немесе толықтай ыдырамаған күйде қайта буландыру. Осылайша, өсу жылдамдығы III топтағы алкилдердің жоғары субстрат температурасында келу жылдамдығымен және төмен температурада беткі пиролиз жылдамдығымен анықталады. Бұл мүмкіндік, әсіресе оксидтер сияқты кесу қиын материалдар үшін, бір қадамда өрнекті жұқа пленкаларды алуға өте жақсы мүмкіндіктер береді.
р-түрдегі допинг
GaAs-тың CBE-сі үшін TMGa қолдану нәтижесінде көмілген көміртегіге байланысты жоғары p-типті фонолық допинг (1020 см−3) пайда болатыны байқалды. Дегенмен, TMGa орнына TEGa қолдану бөлме температурасында 1014 және 1016 см−3 аралығындағы тесіктер концентрациясымен өте таза GaAs-қа әкелетіні анықталды. Тесіктер концентрациясын алкил сәулесінің қысымын және TMGa/TEGa қатынасын реттеу арқылы 1014 және 1021 см−3 аралығында өзгертуге болады, бұл GaAs-тың жоғары және бақыланатын p-типті допингін жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Бұл жоғары сапалы гетерожүрек біртұтас транзисторларды жасау үшін пайдаланылды. Эффузиялық көздің толуына тәуелсіз, эффузиялық жағдайлардағы төменгі дрейфтер. ABCD Technology компаниясының жаңадағы патенттелген жетістіктері бойынша, субстратты айналдыру енді қажет емес.
MOCVD-ге қарағанда артықшылықтары
RHEED сияқты орнындағы диагностикалық құралдарды оңай енгізу. Металл булану және иондық имплантация сияқты жоғары вакуумды жұқа пленкалық өңдеу әдістерімен үйлесімділік.
ЕЦБ-ның кемшіліктері
MOCVD-мен салыстырғанда күштірек сорғылау талап етіледі. GaInAs өсіргенде құрамын бақылау қиын болуы мүмкін. Жоғары температурада Ga жақсы сіңіріледі, бірақ In-ның булануына байланысты мәселе туындайды. Сондықтан, жақсы құрамды бақылау үшін жоғары және төмен температура арасында шартты келісім табу қажет. GaAlAs үшін көміртектің жоғары мөлшерде енуі қажет.