Skystinė epitaksija

Dvidešimtojo amžiaus šeštame dešimtmetyje intensyviai vystėsi puslaidininkinių prietaisų gamybos technologijos. Skystinės epitaksijos metodas ypač išpopuliarėjo, gaminant puslaidininkinius prietaisus su heterosandūromis a3b5 junginių pagrindu. Silicio ir germanio epitaksinių sluoksnių auginimas skystinės epitaksijos būdu neįgavo platesnio masto, nes žemą lydymosi temperatūrą turintys metalai (galis, indis, alavas, švinas ir kt. ), skystinėje epitaksijoje naudojami tirpikliais, šiuose puslaidininkiuose yra elektriškai aktyvūs ir sąlygoja dideles krūvininkų koncentracijas.

šiandien skystinės epitaksijos metodas - vienas iš pramoninių optoelektroninių prietaisų gamybos būdų. Tačiau šis metodas tobulinamas, tiriamos keturnarių kietųjų tirpalų sluoksnių ir jų darinių auginimo technologijos, auginami varizoniniai (kintamos cheminės sudėties) eskystinės epitaksijos metu monokristalinis sluoksnis išsikristalizuoja iš lydalo tirpalo, kurio sudėtyje yra auginamoji medžiaga. Sluoksnis kristalizuojasi padėklo, panardinto į lydalą, paviršiuje, sistemą aušinant pastoviu greičiu. Dažniausiai naudojami tirpikliai yra išlydyti metalai, kuriuose ištirpsta auginamoji medžiaga (al – siliciui, pb – pbsnte, ga – gaas).

Panagrinėkime hipotetinę būsenos diagramą metalas (a)- puslaidininkis (b) (pav. ). Jei į lydalą, kurio sudėtis yra x1, panardinamas puslaidininkinis (b) padėklas temperatūroje t1, tai pradiniu momentu padėklas pradės tirpti, ir tirps iki tol, kol tirpalas pasidarys prisotintas. Šiuo atveju lydalas bus jau sudėties x. Jei šį lydalą šaldysime, ant padėklo kristalizuosis iš peršaldyto lydalo epitaksinis puslaidininkinis sluoksnis. Pa pirmajai grupei priklauso fazinių būsenų padėklas-lydalas-garai charakteris. Jis yra pats svarbiausias, nes apsprendžia kristalizacijos procesą bei epitaksinio sluoksnio savybes. Skystos fazės sudėtis ir likvidus kreivės polinkis (pav. 1) apsprendžia epitaksinio sluoksnio sudėtį, kristalizacijos greitį, sluoksnio storį bei priemaišų kiekį jame. Tačiau fazinės diagramos galioja tik termodinaminės pusiausvyros sąlygomis. Iš tikrųjų epitaksinių sluoksnių augimas vyksta nepusiausvyrinėmis sąlygomis, pirmiausia todėl, kad kristalizacijai būtinas lydalo peršaldymas, o tai jau savaime yra nukrypimas nuo pusiausvyros. Todėl auginamo sluoksnio savybės bei kristalizacijos sąlygos priklauso ir nuo kitų technologinių faktorių: lydalo peršaldymo dydžio, lydalo tūrio, temperatūros gradiento lydale, legiruojančių priemaišų kiekio ir kt.