Селективная эпитаксия

Селективная эпитаксия области представляет собой локальный рост эпитаксиального слоя через шаблонную аморфную диэлектрическую маску (обычно SiO 2 или Si 3 N 4 ), нанесенную на полупроводниковую подложку. Условия роста полупроводника выбираются таким образом, чтобы обеспечить эпитаксиальный рост на открытой подложке, но не на диэлектрической маске. [1] SAE может быть выполнена различными методами эпитаксиального роста, такими как молекулярно-лучевая эпитаксия [2] (MBE), эпитаксия из металлорганических паров (MOVPE) [1] и химическая лучевая эпитаксия (CBE). [3] С помощью SAE полупроводниковые наноструктуры , такие как квантовые точки и нанопроволоки, могут быть выращены в их проектных местах. [2]

Концепции

Маска

Маска, используемая в SAE, обычно представляет собой аморфный диэлектрик, такой как SiO2 или SiN4, который наносится на полупроводниковую подложку. Шаблоны (отверстия) в маске изготавливаются с использованием стандартных методов микрообработки: литографии и травления. Для изготовления маски SAE можно использовать различные методы литографии и травления. Подходящие методы зависят от размера элемента шаблона и используемых материалов. Электронно-лучевая литография широко используется благодаря своему нанометровому разрешению. Маска должна выдерживать условия высокотемпературного роста полупроводников, чтобы ограничить рост шаблонными отверстиями в маске. [4]

Избирательность

Селективность в SAE используется для выражения роста на маске. Селективность роста возникает из свойства, что атомы не склонны прилипать к маске, т.е. они имеют низкий коэффициент прилипания . Коэффициент прилипания может быть уменьшен выбором материала маски, имеющего меньший поток материала и более высокую температуру роста. Высокая селективность, т.е. не требуется никакого роста на маске. [5]

Механизм роста

Механизм эпитаксиального роста в SAE можно разделить на две части: рост до уровня маски и рост после уровня маски.

Рост до уровня маски

До уровня маски рост ограничивается только отверстием в маске. Рост начинает выходить за пределы кристалла подложки, следуя шаблону маски. Выращенный полупроводник имеет структуру шаблона. Это используется в селективной эпитаксии с использованием шаблона (TASE), где глубокие шаблоны в маске используются в качестве шаблона для всей структуры полупроводника, а рост останавливается до уровня маски. [6]

Рост после уровня маски

После уровня маски рост может превысить любое направление, поскольку маска больше не ограничивает направление роста. Рост продолжается в направлении, которое энергетически выгодно для расширения кристалла в существующих условиях роста. Рост называется граненым ростом, поскольку он выгоден для формирования граней кристалла. Поэтому в выращенных SAE полупроводниковых структурах видны четкие кристаллические грани. Направление роста или, точнее, скорости роста различных кристаллических граней можно настраивать. Температура роста, соотношение V/III, ориентация рисунка и форма рисунка являются свойствами, которые влияют на скорости роста граней. Регулируя эти свойства, можно проектировать структуру выращенного полупроводника. Нанопроволоки, выращенные SAE, и эпитаксиальные латерально заращенные структуры (ELO) являются примером структур, которые проектируются в условиях роста SAE. При росте нанопроволок скорость роста боковых граней подавляется, и структура растет только в вертикальном направлении. [4] В ELO рост начинается в отверстиях маски, а после уровня маски рост продолжается вбок по маске, в конечном итоге соединяя выращенные полупроводниковые структуры вместе. Основной принцип в ELO заключается в уменьшении дефектов, вызванных несоответствием решеток подложки и выращенного полупроводника. [7]

Факторы, влияющие на SAE

  • Температура роста
  • Соотношение V/III
  • Выбор материала маски
  • Ориентация окна
  • Соотношение маски и окна   
  • Качество маски
  • Форма узора

Методы

SAE может быть достигнута с помощью различных методов эпитаксиального роста, которые перечислены ниже.

Приложения

Ссылки

  1. ^ ab Stringfellow, Gerald B. (2014). Металлоорганическая парофазная эпитаксия: теория и практика . Elsevier Science. ISBN 978-0-08-053818-1. OCLC  1056079789.
  2. ^ аб Асахи, Хадзиме Хераусгебер. Хорикоши, Ёсидзи Хераусгебер. (15 апреля 2019 г.). Молекулярно-лучевая эпитаксия: материалы и применение для электроники и оптоэлектроники . ISBN 978-1-119-35501-4. OCLC  1099903600.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ Davies, GJ; Skevington, PJ; French, CL; Foord, JS (май 1992). "Селективный рост областей полупроводниковых соединений III–V методом химической лучевой эпитаксии". Journal of Crystal Growth . 120 ( 1– 4): 369– 375. Bibcode : 1992JCrGr.120..369D. doi : 10.1016/0022-0248(92)90420-n. ISSN  0022-0248.
  4. ^ ab "Формообразование наноструктур InP методом селективной эпитаксии". doi :10.1021/acsnano.9b02985.s001. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  5. ^ Ван Каенегем, Том; Моэрман, Ингрид; Демеестер, Пит (январь 1997 г.). «Селективный рост областей на плоских замаскированных подложках InP с помощью эпитаксии из металлорганических паров (MOVPE)». Прогресс в области роста кристаллов и характеристики материалов . 35 ( 2–4 ): 263–288 . doi :10.1016/s0960-8974(98)00003-5. ISSN  0960-8974.
  6. ^ Шмид, Х.; Борг, М.; Мозелунд, К.; Кутайя, Д.; Риель, Х. (2015-09-29). "(Приглашенная) селективная эпитаксия с использованием шаблона (TASE) наноразмерных устройств III-V для гетерогенной интеграции с Si". Расширенные тезисы Международной конференции по твердотельным приборам и материалам 2015 года . Японское общество прикладной физики. doi :10.7567/ssdm.2015.d-4-1.
  7. ^ Olsson, F.; Xie, M.; Lourdudoss, S.; Prieto, I.; Postigo, PA (ноябрь 2008 г.). «Эпитаксиальный латеральный рост InP на Si из наноотверстий: теоретические и экспериментальные указания на фильтрацию дефектов по всему выращенному слою». Журнал прикладной физики . 104 (9): 093112–093112–6. Bibcode : 2008JAP...104i3112O. doi : 10.1063/1.2977754. hdl : 10261/17876 . ISSN  0021-8979.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Selective_area_epitaxy&oldid=1264660883"