Selektywna epitaksja obszarowa

Selektywna epitaksja obszarowa to lokalny wzrost warstwy epitaksjalnej przez wzorzystą amorficzną maskę dielektryczną (zwykle SiO ₂ lub Si ₃ N ₄ ) osadzoną na podłożu półprzewodnikowym . Warunki wzrostu półprzewodników dobiera się tak, aby zapewnić wzrost epitaksjalny na odsłoniętym podłożu, ale nie na masce dielektrycznej. SAE można przeprowadzić różnymi metodami wzrostu epitaksjalnego, takimi jak epitaksja z wiązki molekularnej (MBE), epitaksja metaloorganiczna z fazy gazowej (MOVPE) i epitaksja z wiązek chemicznych (CBE). Dzięki SAE nanostruktury półprzewodnikowe, takie jak kropki kwantowe i nanoprzewody, mogą być hodowane w zaprojektowanych miejscach.

koncepcje

Maska

Maska stosowana w SAE jest zwykle amorficznym dielektrykiem, takim jak SiO2 lub SiN4, który jest osadzony na podłożu półprzewodnikowym. Wzory (otwory) w masce są wytwarzane przy użyciu standardowych mikrowytwarzania , litografii i wytrawiania. Do produkcji masek SAE można zastosować różnorodne techniki litografii i trawienia. Odpowiednie techniki zależą od wielkości elementu wzoru i użytych materiałów. Litografia wiązką elektronów jest szeroko stosowana ze względu na jej nanometrową rozdzielczość. Maska powinna wytrzymać warunki wzrostu półprzewodników w wysokiej temperaturze, aby ograniczyć wzrost do otworów w masce.

Selektywność

Selektywność w SAE służy do wyrażania wzrostu na masce. Selektywność wzrostu wynika z faktu, że atomy nie sprzyjają przywieraniu do maski, tzn. mają niski współczynnik przywierania . Współczynnik przywierania można zmniejszyć, wybierając materiał maski, który ma mniejszy przepływ materiału i wyższą temperaturę wzrostu. Wysoka selektywność, tj. brak wzrostu na masce jest pożądany.

Mechanizm wzrostu

Mechanizm wzrostu epitaksjalnego w SAE można podzielić na dwie części: wzrost przed poziomem maski i wzrost po poziomie maski.

Wzrost przed poziomem maski

Przed poziomem maski wzrost ogranicza się do występowania tylko w otworze w masce. Wzrost zaczyna przekraczać kryształ kryształu podłoża zgodnie ze wzorem maski. Wyhodowany półprzewodnik ma strukturę wzoru. Jest to wykorzystywane w selektywnej epitaksji obszarowej wspomaganej szablonem (TASE), w której głębokie wzory w masce są wykorzystywane jako szablon dla całej struktury półprzewodnikowej, a wzrost jest zatrzymywany przed poziomem maski.

Wzrost po poziomie maski

Po poziomie maski wzrost może przekroczyć dowolny kierunek, ponieważ maska nie ogranicza już kierunku wzrostu. Wzrost trwa w kierunku, który jest energetycznie korzystny dla ekspansji kryształu w istniejących warunkach wzrostu. Wzrost jest określany jako wzrost fasetowany, ponieważ tworzenie fasetek jest korzystne dla kryształu. Dlatego w strukturach półprzewodnikowych wyhodowanych w SAE widoczne są wyraźne krystaliczne fasetki. Można dostosować kierunek wzrostu, a dokładniej tempo wzrostu różnych fasetek kryształu. Temperatura wzrostu, stosunek V/III, orientacja wzoru i kształt wzoru to właściwości, które wpływają na tempo wzrostu ścianek. Dostosowując te właściwości, można zaprojektować strukturę hodowanego półprzewodnika. Nanoprzewody hodowane przez SAE i epitaksjalne zarośnięte struktury boczne (ELO) są przykładami struktur zaprojektowanych w warunkach wzrostu SAE. Podczas wzrostu nanoprzewodów tempo wzrostu ścianek bocznych jest hamowane, a struktura rośnie tylko w kierunku pionowym. W ELO wzrost jest inicjowany w otworach maski, a po poziomie maski wzrost przebiega bocznie na masce, ostatecznie łącząc ze sobą wyhodowane struktury półprzewodnikowe. Główną zasadą ELO jest zmniejszenie defektów spowodowanych niedopasowaniem sieciowym podłoża i hodowanego półprzewodnika.

Czynniki wpływające na SAE

Temperatura wzrostu
Stosunek V/III
Wybór materiału maski
Orientacja okna
Stosunek maski do okna
Jakość maski
Kształt wzoru

Techniki

SAE można osiągnąć za pomocą różnych technik wzrostu epitaksjalnego, które wymieniono poniżej.

Aplikacje