Классификация эпитаксиальных процессов по агрегатному состоянию исходной фазы
– эпитаксия из газовой фазы;
– эпитаксия в жидкой фазе;
– эпитаксия в системе пар – жидкость – кристалл;
– эпитаксия при твердофазном взаимодействии.
Газофазная (парофазная) эпитаксия.В прямых процессах данного типа осаждаемое вещество в исходной среде находится в виде атомного или молекулярного пара (молекулярных пучков) в вакууме или инертной атмосфере. В непрямых процессах осаждаемое вещество или его компоненты содержатся в исходной среде в виде пара (или газообразных) химических соединений или их смесей с газовыми химически активными реагентами и газами – носителями.
Эпитаксия в жидкой фазе.В данном случае осаждаемое вещество находится в виде раствора (раствора – расплава). Перенос вещества к подложке осуществляется при распаде пересыщенного раствора диффузионным путем, иногдапри участии конвективного обмена в жидкой фазе.
Эпитаксия в системе пар – жидкость – кристаллВ данном случае рост эпитаксиального слоя происходит путём переноса осаждаемого вещества из газовой фазы через тонкую пленку промежуточной стабильной или метастабильной жидкой фазы.
Эпитаксия при твердофазном взаимодействии.Данный метод представляет собой перекристаллизацию вещества в поверхностном слое твердой фазы или его синтез в поверхностном слое с последующей перекристаллизацией.
Этапы процесса эпитаксии из газовой фазы
Доставка: объёмная транспортировка реагентов к поверхности подложки; диффузия газообразных реагентов к поверхности подложки; адсорбция реагентов на поверхности подложки.
Поверхностные реакции: поверхностные реакции (либо реакции, протекающие в объёме газа над поверхностью); поверхностная диффузия; встраивание диффундирующих элементов в кристаллическую решётку;
Удаление продуктов реакции: десорбция продуктов реакции; диффузия газообразных продуктов реакции в направлении от поверхности; объёмная транспортировка продуктов реакции от зоны взаимодействия.
Схема реакций этапов процесса эпитаксии из газовой фазы
1 – объёмная транспортировка реагентов к зоне реакции; 2 – диффузия реагентов к поверхности подложки; 3 – адсорбция реагентов на поверхности подложки; 4 – реакции на поверхности подложки; 5 – поверхностная диффузия; 6 – встраивание диффундирующих элементов в кристаллическую решётку; 7 – десорбция продуктов реакции; 8 – диффузия продуктов реакции от поверхности; 9 – объёмная транспортировка продуктов от зоны взаимодействия
Кинетика процесса эпитаксии
Необходимое условие роста новой фазы - пресыщение реагирующей фазы осаждаемым компонентом.
1. Формирование системы зародышей. Активными центрами образования зародышей являются вакансии, инородные адсорбированные атомы, дислокации, моноатомные ступени. Наибольшая вероятность осаждения атомов - у изломов ступеней.
2. Миграция по поверхности атомов, молекул или кластеров реагирующей фазы, осадившихся на подложки, их закрепление у зародышей, увеличение в размере и образование островковой структуры.