ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Эпитаксия и эпитаксиальные пленки из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" Образование новой фазы на посторонних подложках происходит постоянно в природных условиях. При искусственном выращивании кристаллов этот процесс является иногда помехой, но в большинстве случаев отвечает необходимым требованиям. [c.271] В области полупроводниковой электроники все большее значение приобретает технология получения эпитаксиальных пленок. Эпитаксией называют направленный рост одного кристаллического вещества по поверхности другого кристалла, служащего затравкой при эпитаксии между кристаллографическими плоскостями сросшихся кристаллов наблюдаются определенные закономерности. [c.271] Для получения эпитаксиальных пленок наращиваемый материал и материал подложки могут быть как различными, так и идентичными веществами. Например, эпитаксиальный слой кремния образуется при наращивании на монокристаллические подложки из сапфира или на монокристаллические пластины кремния последнее называют автоэпитаксией. [c.271] При идентичности материала подложки и наращиваемого слоя, при правильно выбранных технологических режимах эпитаксиальный слой должен быть в кристаллографическом отношении естественным продолжением подложки, включая и все ее несовершенства. Эпитаксиальная технология в настоящее время является одним из важнейших средств повышения параметров полупроводниковых приборов (транзисторов, диодов), а также для создания сложных полупроводниковых устройств (например, твердых схем). [c.271] Изготовление пластин кремния или германия такой толщины и работа с ними практически невозможны. Поэтому используют пластины толщиной от 100 до 200 мк. Применение толстых пластин при диффузионной или сплавно-диффузионной технологии изготовления высокочастотных транзисторов придодит к тому, что толщина коллектора является излишней на 80—180 мк. Большая толщина коллектора ухудшает частотные свойства транзистора в результате увеличения постоянной времени коллектора г Ск и импульсные свойства вследствие чрезмерно большого сопротивления насыщения коллектора. Кроме того, при этом бесполезно рассеивается мощность на сопротивление коллектора. В толстой и относительно высокоомной коллекторной области обычных транзисторов с диффузионной базой в режиме насыщения прибора накапливается довольно большой заряд, величина которого примерно пропорциональна времени жизни неосновных носителей в этой области. Наличие данного заряда снижает скорость переключения транзисторов в импульсном режиме, так как на рассасывание заряда требуется время, примерно пропорциональное его величине. Ввиду того, что при увеличении концентрации легирующей примеси время жизни неосновных носителей заметно снижается, применение коллектора со структурой пп+ или РР+ может уменьшить величину накапливаемого заряда и улучшить тем самым быстродействие транзисторов. [c.272] До появления эпитаксиальной технологии изготовление пп+ или РР+ структур осуществлялось, например, методом глубокой встречной диффузии в сочетании с прецизионной шлифовкой и травлением высокоомного слоя или несколько реже методом обратной диффузии примесей из поверхностного слоя полупроводниковой пластины (в вакууме). [c.272] Автоэпитаксиальная технология может быть также использована для получения выращенных электронно-дырочных переходов как в виде сплошных пленок, так и в виде меза-структур. [c.273] Эпитаксия на посторонних подложках, изолирующих, металлических или других полупроводниковых материалов, открывает большие возможности для разработки новых типов полупроводниковых приборов. [c.273] Наиболее общий случай эпитаксии соответствует закономерному сращиванию двух различных веществ, которые отличаются по химическому составу, по физическим и физико-химическим свойствам и по кристаллической структуре. При проведении процессов эпитаксиального роста в большинстве случаев игнорируется влияние различия химического состава на равновесие фаз, и поэтому предполагается существование резкой границы раздела между сросшимися кристаллическими фазами. В связи с этим допущением основной интерес представляет характер сопряжения кристаллических решеток обоих веществ. [c.273] Индекс г использован для обозначения двух выбранных направлений на поверхности раздела г и bi — нормальные межатомные расстояния в пленке и в подложке в направлении г. [c.274] Когерентная поверхность раздела определяется как поверхность, через которую осуществляется совершенное сопряжение атомов обоих веществ ( г = 6,). Обычно такие плоскости соответствуют малым индексам Миллера. [c.274] Одним из основных вопросов теории эпитаксиального роста является следующий какие соотношения кристаллохимического и кристаллографического характеров должны существовать между кристаллом подложки и наращиваемым кристаллом, чтобы смежные плоскости обоих веществ соответствовали эпитаксии. [c.274] Первую попытку ответить на этот вопрос сделал Руайэ, основываясь на результатах, полученных им при наращивании галло-идных солей из их растворов на слюду. Он нашел, что эпитаксия возможна только, если в обеих структурах имеются параллельные атомные плоскости, на которых расположение атомов идентично или подобно, а разность межатомных расстояний не превосходит 15%. [c.274] Однако дальнейшие исследования показали, что эпитаксия может наблюдаться даже тогда, когда несовпадение параметров достигает более 25%. [c.274] На границе раздела между двумя кристаллическими фазами наблюдается скачкообразное изменение периодичности кристаллических структур. Поскольку потенциальная энергия атомов является периодической, атомы, расположенные по обе стороны границы раздела, взаимодействуют друг с другом и стремятся занять положения, отвечающие минимуму потенциальной энергии взаимодействия. Но для того, чтобы достичь этого минимума, атомы должны несколько изменить свои межатомные расстояния. Любое изменение межатомных расстояний вызывает появление в решетках обеих фаз больших механических напряжений и резкое возрастание их объемных свободных энергий. [c.275] Исходя из этого, Ван-дер-Мерве предложил следующую структуру границы раздела. [c.275] Эта теория дает объяснение возможностей совмещения двух различных кристаллических структур, однако остается неясным, как эта возможность осуществляется, хотя наличие поверхностных дислокаций наблюдалось в ряде случаев гетероэпитаксии. [c.275] Большая распространенность явления эпитаксии указывает на то, что скорость образования максимальна для зародышей определенной ориентации и что, следовательно, эта ориентация должна соответствовать минимуму свободной энергии образующегося бикристалла. [c.275] Что касается условий, необходимых для возникновения эпитаксии, то следует учитывать не только влияние несоответствия структур сращиваемых кристаллов, но также и особенности проведения процесса эпитаксиального роста. Так, например, отмечалось, что при высоких пересыщениях легко образуются зародыши самых различных ориентаций и эпитаксия отсутствует в некоторых случаях эпитаксия развивается не при образовании зародышей, а при дальнейшем росте пленки. В определенных условиях при увеличении температуры подложки наблюдалось изменение ориентации осадка. [c.276] В настоящее время сведения об эпитаксии являются неполными главным образом из-за трудности учета влияния внешних условий на зарождение и рост эпитаксиальных пленок. В большинстве теоретических и экспериментальных работ по эпитаксии рассматриваются условия роста, осуществляемые при вакуумном напылении, когда состав пара и твердой фазы идентичны. [c.276] Вернуться к основной статье