Epitaxie

Epitaxie:

• Geordnetes Kristallwachstum auf einer Trägerschicht

• Begriff aus dem Griechischen („epi“ - „auf“, „über“; „taxis“ - „ordnen“, „ausrichten“)

Prozess:

• Atomare Ordnung des einkristallinen Substrats wird auf die wachsende Schicht übertragen

Arten:

• Homoepitaxie: Substrat und Schicht bestehen aus gleichem Material

• Heteroepitaxie: Substrat und Schicht bestehen aus unterschiedlichem Material

Molekularepitaxie

Arten von Epitaxie:

• Homoepitaxie: Substrat und Schicht bestehen aus der gleichen Verbindung

• Heteroepitaxie: Substrat und Schicht bestehen aus unterschiedlichen Verbindungen

  • Führt zu Verspannungen in der Schicht wegen unterschiedlicher Gitterparameter

  • Bildung von Versetzungen (Defekte) ab einer kritischen Schichtdicke

  • Verspannung klingt exponentiell ab

Molekularstrahlepitaxie (MBE):

• Ultrahochvakuum erforderlich, um Verunreinigungen durch Restgasatome zu vermeiden

• Druck steigt während des Wachstumsprozesses in den Hochvakuumbereich

• Stoffe werden in Evaporationstiegeln erhitzt und als gerichteter Molekularstrahl zum Substrat transportiert

• Substrat wird geheizt für geordnetes Anwachsen der Schicht

Steuerung und Kontrolle:

• Steuerung der Tiegeltemperaturen

• Kontrolliertes Öffnen und Blockieren des Molekularstrahls einzelner Quellen

• Herstellung komplizierter Mehrschichtstrukturen mit wechselnden Zusammensetzungen und Dotierungen

• Schichtdicken von wenigen Atomlagen (weniger als 1 nm) bis Mikrometer

Überwachung des MBE-Prozesses:

• Einsatz von In-situ-Verfahren wie RHEED und Ellipsometrie

• Verfahren beeinflussen den Wachstumsprozess nicht

Depositionprozess

Transport der im Trägergas gelösten Reaktandendurch erzwungene Konvektion zur Abscheideregion.

1. Transport der Reaktanden durch Diffusion aus der Zone des Gasstro durch Grenzschicht zur Subtratoberfläche

2. Adsopption der Reaktanden an der Substratoberfläche

3. Oberflächenreaktion:

   1. Dissoziation der Moleküle

   2. Oberfflächendiffusion der Radikale

   3. Einbau der Radikale in den Festkörperberband

   4. Bildung der flüchtigen Reaktionsprodukte

4. Desorption der flüchtigen Reaktionsprodukte

5. Transport der Reaktionsproduktedurch Diffusion von der Substratoberfläche druch die Grenzschicht in die konvektigve Zone des Gases

6. Abstransport der Reaktionsprodukte durch erzwungene Konvektion aus der Abscheidregion