Молекулярно-пучковая эпитаксия. 
Молекулярно-пучковая эпитаксия

Молекулярно-пучковая эпитаксия — современный метод выращивания тонких полупроводниковых плёнок, представляющий собой вакуумное напыление веществ в виде молекулярных пучков, взаимодействующих с поверхностью нагретой монокристаллической подложки.

Родоначальником МПЭ является Альфред Чо, работающий в Bell Laboratories. полупроводниковый электроника пучок монокристаллический По сути дела, МПЭ представляет собой результат фантастического усовершенствования старого способа, широко применявшегося для изготовления металлических плёнок, — испарение в вакууме. Использование чистых источников напыляемых материалов, сверхвысокий вакуум, точный контроль температуры подложки, различные методы диагностики растущей плёнки в сочетании с компьютерной системой управления параметрами процесса — всё это вместе взятое привело к созданию качественно новой технологии, способной решать задачи, сама постановка которых раньше казалась немыслимой.

Важнейшие задачи, решение которых обеспечивается специфическими чертами МПЭ:

• · Получение монокристаллов высокой чистоты — за счёт роста в сверхвысоком вакууме и высокой чистоты потоков веществ;
• · Выращивание сверхтонких структур с резкими изменениями состава на границах — за счёт относительно низких температур роста, препятствующих взаимной диффузии;
• · Получение гладких бездефектных поверхностей для гетероэпитаксии — за счёт ступенчатого механизма роста, исключающее возможности зародышеобразования;
• · Получение сверхтонких слоёв с контролируемой толщиной — за счёт точности управления потоками и относительно малых скоростей роста;
• · Создание структур со сложными профилями состава и (или) легирования;
• · Создание структур с заданными внутренними напряжениями растяжения или сжатия

Различают два принципиально различных процесса эпитаксии:

• Ш гомоэпитаксия, или автоэпитаксия, если материалы растущего слоя и подложки идентичны
• Ш гетероэпитаксия, если материалы слоя и подложки различаются, хотя их кристаллическая структура должна быть сходной для обеспечения роста монокристаллического слоя (об условии комплементарности соединений говорилось во введении)

Независимо от процесса эпитаксии, рост моноатомных плёнок может осуществляться в трёх режимах:

• v Франка-ван дер Мерве — реализуется послойный (двумерный) рост материала В на подложке А
• v Фолмера-Вебера — имеет место островковый (трёхмерный рост) материала В на подложке А
• v Странского-Крастанова — первоначально реализуется послойный рост В на, А с последующим образованием трёхмерных островков В на подложке при достижении критической некоторой толщины

При гетероэпитаксиальном росте слоёв с различными межатомными расстояниями происходит смещение атомов из своих положений равновесия. В случае, если рассогласование периодов кристаллической решётки незначительно, то смещения носят упругий характер, и гетероэпитаксия протекает по псевдоморфному механизму. Таким образом, псевдоморфный рост наблюдается в том случае, если все несоответствия межатомного расстояния компенсируются упругими смещениями атомов из своих положений равновесия. При этом обеспечивается когерентность гетерограницы.