Epitaxiales Wachstum ist eine Technologie, bei der eine Einkristallschicht auf einem Einkristallsubstrat (Substrat) mit der gleichen Kristallorientierung wie das Substrat gezüchtet wird, als ob sich der ursprüngliche Kristall nach außen ausgedehnt hätte. Diese neu gewachsene Einkristallschicht kann sich hinsichtlich Leitfähigkeitstyp, spezifischem Widerstand usw. vom Substrat unterscheiden und kann mehrschichtige Einkristalle mit unterschiedlichen Dicken und unterschiedlichen Anforderungen züchten, wodurch die Flexibilität des Gerätedesigns und der Geräteleistung erheblich verbessert wird. Darüber hinaus wird der Epitaxieprozess auch häufig in der PN-Übergangsisolationstechnologie in integrierten Schaltkreisen und zur Verbesserung der Materialqualität in großformatigen integrierten Schaltkreisen eingesetzt.
Die Klassifizierung der Epitaxie basiert hauptsächlich auf der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung von Substrat und Epitaxieschicht sowie den unterschiedlichen Wachstumsmethoden.
Je nach chemischer Zusammensetzung kann das epitaktische Wachstum in zwei Arten unterteilt werden:
1. Homoepitaxie: In diesem Fall hat die Epitaxieschicht die gleiche chemische Zusammensetzung wie das Substrat. Beispielsweise werden epitaktische Siliziumschichten direkt auf Siliziumsubstraten aufgewachsen.
2. Heteroepitaxie: Hierbei unterscheidet sich die chemische Zusammensetzung der Epitaxieschicht von der des Substrats. Beispielsweise wird eine epitaktische Galliumnitridschicht auf einem Saphirsubstrat aufgewachsen.
Je nach Wachstumsmethode kann die epitaktische Wachstumstechnologie auch in verschiedene Typen unterteilt werden:
1. Molekularstrahlepitaxie (MBE): Dabei handelt es sich um eine Technologie zum Züchten einkristalliner Dünnfilme auf Einkristallsubstraten, die durch die präzise Steuerung der Molekularstrahlflussrate und Strahldichte im Ultrahochvakuum erreicht wird.
2. Metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD): Diese Technologie nutzt metallorganische Verbindungen und Gasphasenreagenzien, um chemische Reaktionen bei hohen Temperaturen durchzuführen und so die erforderlichen Dünnschichtmaterialien zu erzeugen. Es findet breite Anwendung bei der Herstellung von Verbindungshalbleitermaterialien und -geräten.
3. Flüssigphasenepitaxie (LPE): Durch Zugabe von flüssigem Material zu einem Einkristallsubstrat und Durchführung einer Wärmebehandlung bei einer bestimmten Temperatur kristallisiert das flüssige Material zu einem Einkristallfilm. Die mit dieser Technologie hergestellten Filme sind gitterangepasst an das Substrat und werden häufig zur Herstellung von Verbindungshalbleitermaterialien und -geräten verwendet.
4. Dampfphasenepitaxie (VPE): Verwendet gasförmige Reaktanten, um chemische Reaktionen bei hohen Temperaturen durchzuführen und so die erforderlichen Dünnschichtmaterialien zu erzeugen. Diese Technologie eignet sich für die Herstellung großflächiger, hochwertiger Einkristallfilme und eignet sich besonders gut für die Herstellung von Verbindungshalbleitermaterialien und -geräten.
5. Chemische Strahlepitaxie (CBE): Diese Technologie nutzt chemische Strahlen, um Einkristallfilme auf Einkristallsubstraten zu züchten, was durch eine präzise Steuerung der Flussrate und Strahldichte des chemischen Strahls erreicht wird. Es findet breite Anwendung bei der Herstellung hochwertiger einkristalliner Dünnfilme.
6. Atomlagenepitaxie (ALE): Mithilfe der Atomlagenabscheidungstechnologie werden die erforderlichen Dünnschichtmaterialien Schicht für Schicht auf einem Einkristallsubstrat abgeschieden. Mit dieser Technologie lassen sich großflächige Einkristallfilme hoher Qualität herstellen und sie wird häufig zur Herstellung von Verbindungshalbleitermaterialien und -geräten eingesetzt.
7. Heißwandepitaxie (HWE): Durch Hochtemperaturerwärmung werden gasförmige Reaktanten auf einem Einkristallsubstrat abgeschieden, um einen Einkristallfilm zu bilden. Diese Technologie eignet sich auch zur Herstellung großflächiger, hochwertiger Einkristallfilme und wird insbesondere bei der Herstellung von Verbindungshalbleitermaterialien und -geräten eingesetzt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 06.05.2024