Az epitaxiás egy olyan technika, a növekedés orientált egymáshoz képest, a két kristály , amelynek számos eleme symmetry közös saját kristályos rácsok . Megkülönböztetünk homoepitaxiát , amely abban áll, hogy azonos kémiai természetû kristályon növesztünk egy kristályt, és a heteroepitaxiát , amelyben a két kristály különbözõ kémiai természetû.
Etimológiailag a "fül" görögül jelentése "be" és "taxik", "elrendezés".
Az epitaxiát vékony rétegek termesztésére használják, néhány nanométer vastagságban. Ehhez az atomok egyetlen kristály tökéletesen polírozott felületén, az aljzatban helyezkednek el . A szubsztrátumot úgy választják meg, hogy a háló paraméterei a kapott kristály paraméterei közelében legyenek.
Számos epitaxiás technika létezik:
A növekedés ultravákuumban zajlik. A lerakandó elemeket, amelyek a tégelyekben magas hőmérsékleten vannak, elpárologtatják, és hőtranszport révén lerakódnak a hordozó felületén, amely ugyan hidegebb, de mégis elég magas hőmérsékleten lehetővé teszi az atomok elmozdulását és átrendeződését.
Az epitaxia során in situ megfigyelhető a kristálynövekedés az elektronok diffrakciójával ( RHEED ). A lerakódott réteg vastagsága (vagy az atomrétegek száma) kvarc-mikrobalancia segítségével ellenőrizhető .
A folyékony fázisú epitaxia a Czochralski-módszer elvét használja . A szubsztrátot a kívánt elemmel túltelített folyékony fázissal érintkeztetjük , amely kicsapódik és kristályosodik a hordozón. Ennek a technikának az az előnye, hogy gyors, de kevésbé pontos, mint a gőzfázisú epitaxiák. A folyékony fázisú epitaxia (LPE) közel egyensúlyi növekedési módszer. Az anyafázis folyékony. A szubsztrátumot megfelelő összetételű folyadékfürdővel érintkeztetjük, a hőmérséklet a folyadék-szilárd egyensúly hőmérséklete alatt valamivel alacsonyabb hőmérsékleten történik. A növekedés megszilárdulás útján kondenzált vagy kristályos fázist eredményez.
A szilíciumhoz széles körben alkalmazzák a vékony rétegek gőzfázisú epitaxiális növekedéssel történő leválasztásának technikáját ( gőzfázisú epitaxia , VPE vagy kémiai gőzfázisú leválasztás , CVD ). Az epitaxiális réteg lerakódásához két feltételnek kell teljesülnie. Az első az, hogy az atomoknak meg kell találniuk egy helyet, ahol elveszíthetik felesleges energiájukat, ezeket a helyeket nukleációs helyeknek nevezzük. A második az, hogy ezek az atomok helyet találnak a hálózatban, hogy befogadják őket. Gáznemű anyafázisból és egyensúlyi állapotból vagy egyensúlyi kondenzációs reakcióból kristály képződik. A reakció egy gázbeömlő és újrahasznosító rendszerrel felszerelt reaktorban megy végbe. A III-V félvezetők esetében ezt a technikát három fő kategóriára bonthatjuk, megkülönböztetve őket az alkalmazott gázforrások jellegével. A HVPE ( Hidrid Vapor Phase Epitaxy ) technika hidrid típusú molekulákat, ClVPE ( Chloride Vapor Phase Epitaxy ), kloridokat és MOVPE ( Metal Organic Vapor Phase Epitaxy ), szerves fémeket használ . Mindegyik technika sajátos geometriájú VPE reaktorokkal rendelkezik, amelyek különböző növekedési hőmérsékleteket és különböző lerakódási sebességeket tartalmaznak.
Heteroepitaxia esetén a réteg növekedése a szubsztrátum felületén a kritikus vastagság fogalmához kapcsolódik. Így koherens növekedésről beszélünk, ha a rétegvastagság kisebb, mint a kritikus vastagság. Ebben az esetben az epitaxiális réteg a szubsztráttal van összekötve, és a növekedés kétdimenziós, egyrétegű (MC).
A kritikus vastagságnál nagyobb epitaxiális vastagság esetében úgynevezett relaxációs jelenség figyelhető meg. Ez a jelenség kétféle lehet.
Akár rugalmas relaxáció, akár nanostruktúrák kialakulásához vezet az epitaxiális réteg felszínén. Ez a növekedési mód különösen a kvantum nanostruktúrák, a kvantum szigetek, a kvantum huzalok és a kvantum pontok kifejlesztésére keresett.
Ha viszont a növekedési körülményeket (a hordozó hőmérséklete, a párologtató kamrák hőmérséklete, az ultra-magas vákuum minősége ) rosszul elsajátítják, a relaxációs mechanizmus plasztikus relaxációt vált ki, amely diszlokációk és határfelületi állapotok kialakulásához vezet. - a szubsztrát / epitaxiális réteg interfésze.
Az epitaxiának számos alkalmazása van:
Vannak olyan esetek is, amikor az epitaxiális növekedés „véletlenszerű”, abban az értelemben, hogy ez a folyamat következménye, de önmagában nem keresett.
Például magas hőmérsékletű oxidáció ( korrózió ) esetén a fém és az atmoszféra közötti reakció eredményeként létrejövő oxidréteget gyakran epitaxizálják.