Газофазна епітаксія

Методи газофазної епітаксії можна поділити на хімічні та фізичні - за наявністю або відсутністю хімічних реакцій в газовій фазі.

Хімічні методи газофазной епітаксії засновані на осадженні з газової фази речовини, отриманї в результаті хімічної реакції.

Метод хімічного осадження тонких плівок здійснюється при напуску в робочу камеру суміші газів, яка містить компоненти одержуваної плівки. Головними перевагами методу є широкий діапазон швидкостей осадження та можливість отримання заданої кристалічної структури плівки (аж до монокристалів), а недоліком - використання токсичних газових сумішей.

Реактивне катодне розпилювання відбувається в тліючому розряді суміші інертного та активного газів. Частинки розпилюваного катода хімічно взаємодіють з активним газом і утворюють нову речовину плівки. Для отримання плівок оксидів розпилювання проводять в плазмі аргон-кисень, нітридів - в плазмі аргон-азот, карбідів - в плазмі аргон-чадний газ або аргон-метан. При введенні в камеру різних активних газів, отримують плівки різних сполук. Можна також керувати деякими властивостями плівок, наприклад, питомим опором. Реактивне розпилювання широко використовується для формування високоомних резисторів. Даним способом вирощуються плівки нітриду кремнію Si₃N₄, часто використовуваного як ізолятор і хімічний бар'єр при виробництві інтегральних мікросхем. Головною технічною трудністю при реактивному розпилюванні є дозування активного газу, що подається в вакуумну камеру.

До фізичних методів відносять методи термічного осадження з молекулярних пучків у вакуумі, миттєвого випаровування «гарячої стінки»,

а також методи катодного розпилювання та осадження.

За методом термічного осадження з молекулярних пучків речовину, що випаровується, нагрівають до необхідної температури (вище або нижче температури плавлення речовини залежно від тиску пари в точці плавлення) в надвисокому вакуумі (≤1,3-10-8 Па), а потім пари конденсуються на відносно холодній підкладці з певною швидкістю, що допускає зростання монокристалічного шару. Найбільш досконалим вважається електроннопроменевий спосіб нагріву, від чого такий метод отримав назву молекулярно-променевої епітаксії. Цей метод дозволяє в процесі осадження контролювати структуру і стан поверхні підкладки, регулювати щільність молекулярного потоку (швидкість росту кристала), за допомогою маски виконувати локальну кристалізацію, отримувати різкі між шарові межі, вирощувати надтонкі (1-10 нм) епітаксіальні шари напівпровідників, діелектриків і металів, створювати надрешітки - послідовність великого числа шарів різного складу товщиною 5-10 нм, що чергуються, здійснювати багатошарову забудову решітки. На основі плівок, отриманих методом молекулярно-променевої епітаксії, створюють оптоелектронні інтегральні схеми, надшвидкодіючі великі інтегральні схеми, фотоприймачі і лазери на гетероструктурах та ін.

У методі миттєвого випаровування, на відміну від методу молекулярних пучків, вихідна речовина безперервно і рівномірно надходить у випарник. Між речовиною, що випаровується і газової фазою підтримується термодинамічна рівновага. Цей метод використовують для отримання епітаксійних шарів матеріалів, компоненти яких мають дуже різні величини тиску парів (наприклад, GaP, GaAlAs, GaAsP).

У методі катодного розпилювання використовується розпилювання вихідної твердої речовини за допомогою тліючого розряду. Процес йде в середовищі благородного газу при тисках 0,133-13,3 Па і нижчій, ніж в методі термічного випаровування, температурі епітаксіального зростання.

Метод катодного осадження поєднує в собі метод катодного розпилювання і метод молекулярних пучків. Вихідна речовина випаровується термічним шляхом, а підкладка служить негативним електродом і розташовується в зоні плазми, підтримуваної постійним струмом або високочастотним розрядом. В результаті атоми речовини, що іонізуються в плазмовому просторі, осідають на підкладку. Метод осадження з іонізованих пучків дозволяє отримувати епітаксіальні шари, леговані леткими домішками при порівняно низьких температурах.

Широкий розвиток отримав метод газофазной епітаксії з металоорганічних сполук, яким, наприклад, отримують монокристалічні шари сполук A^IIIB^V.