Selektivní epitaxe oblasti - Selective area epitaxy

Selektivní epitaxe oblasti je místní růst epitaxiální vrstva přes vzorovaný amorfní dielektrikum maska ​​(obvykle SiO2 nebo Si3N4 ) uloženo na a polovodič Podklad. Podmínky polovodičového růstu jsou vybrány tak, aby byl zajištěn epitaxní růst na exponovaném substrátu, ale ne na dielektrické masce.[1] SAE lze provést různými epitaxiálními růstovými metodami, jako je epitaxe molekulárního paprsku[2] (MBE), epitaxe metalorganické parní fáze (MOVPE)[1] a epitaxe chemického paprsku (CBE).[3] Podle SAE, polovodič nanostruktury jako kvantové tečky a nanodráty lze pěstovat na jejich navržená místa.[2]

Koncepty

Maska

Maska používaná v SAE je obvykle amorfní dielektrikum, jako je SiO2 nebo SiN4, které se ukládá na polovodičovém substrátu. Vzory (otvory) v masce jsou vyrobeny pomocí standardu mikrofabrikace techniky litografie a leptání. K výrobě masky SAE lze implementovat různé litografie a techniky leptání. Vhodné techniky závisí na velikosti prvku vzoru a použitých materiálech. Litografie elektronového paprsku je široce používán díky rozlišení nanometrů. Maska by měla odolat podmínkám růstu vysokých teplot polovodičů, aby omezila růst na vzorované otvory v masce.[4]

Selektivita

Selektivita v SAE se používá k vyjádření růstu na masce. Selektivita růstu vychází z vlastnosti, že atomy neupřednostňují přilnutí k masce, tj. Mají nízkou hodnotu koeficient slepení. Koeficient lepení lze snížit výběrem materiálu masky, nižším průtokem materiálu a vyšší teplotou růstu. Vysoká selektivita, tj. Není požadován žádný růst masky.[5]

Růstový mechanismus

Epitaxní růstový mechanismus v SAE lze rozdělit na dvě části: Růst před úrovní masky a růst po úrovni masky.

Růst před úrovní masky

Před úrovní masky je růst omezen na výskyt pouze v otvoru v masce. Růst začíná překračovat krystal substrátového krystalu podle vzoru masky. Pěstovaný polovodič má strukturu vzoru. Toto se používá v šabloně asistované selektivní oblasti epitaxe (TASE), kde se hluboké vzory v masce používají jako šablona pro celou polovodičovou strukturu a růst se zastaví před úrovní masky.[6]

Růst po úrovni masky

Po úrovni masky může růst přesáhnout libovolný směr, protože maska ​​již neomezuje směr růstu. Růst pokračuje směrem, který je energeticky příznivý pro expanzi krystalu ve stávajících podmínkách růstu. Růst se označuje jako fazetovaný růst, protože je příznivé, aby krystal vytvářel fazety. Proto jsou v polovodičových strukturách pěstovaných SAE vidět jasné krystalické fazety. Lze vyladit směr růstu, přesněji tempo růstu různých aspektů krystalu. Teplota růstu, poměr V / III, orientace vzoru a tvar vzoru jsou vlastnosti, které ovlivňují rychlosti růstu fazet. Úpravou těchto vlastností lze zkonstruovat strukturu dospělého polovodiče. Nanodráty pěstované na SAE a epitaxní laterální zarostlé struktury (ELO) jsou příkladem struktur, které jsou vytvořeny v podmínkách růstu SAE. V růstu nanodrátů je rychlost růstu postranních faset potlačena a struktura roste pouze ve svislém směru.[4] V ELO je růst iniciován v otvorech masky a po úrovni masky růst probíhá bočně na masce a nakonec spojuje pěstované polovodičové struktury dohromady. Hlavním principem v ELO je snížit vady způsobené nesouladem mřížky substrátu a pěstovaného polovodiče.[7]

Faktory, které ovlivňují SAE

  • Teplota růstu
  • Poměr V / III
  • Výběr materiálu masky
  • Orientace okna
  • Poměr maska ​​k oknu
  • Kvalita masky
  • Tvar vzoru

Techniky

SAE lze dosáhnout různými technikami epitaxního růstu, které jsou uvedeny níže.

Aplikace

Reference

  1. ^ A b Stringfellow, Gerald B. (2014). Organokovová epitaxe v plynné fázi: teorie a praxe. Elsevierova věda. ISBN  978-0-08-053818-1. OCLC  1056079789.
  2. ^ A b Asahi, Hajime Herausgeber. Horikoshi, Yoshiji Herausgeber. (15. dubna 2019). Molekulární paprsková epitaxe: materiály a aplikace pro elektroniku a optoelektroniku. ISBN  978-1-119-35501-4. OCLC  1099903600.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  3. ^ Davies, G.J .; Skevington, P.J .; French, C.L .; Foord, J.S. (Květen 1992). „Selektivní plošný růst polovodičů sloučenin III – V chemickou epitaxí paprskem“. Journal of Crystal Growth. 120 (1–4): 369–375. Bibcode:1992JCrGr.120..369D. doi:10.1016 / 0022-0248 (92) 90420-n. ISSN  0022-0248.
  4. ^ A b "Shape Engineering of InP Nanostructures by Selective Area Epitaxy". doi:10.1021 / acsnano.9b02985.s001. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  5. ^ Van Caenegem, Tom; Moerman, Ingrid; Demeester, Piet (leden 1997). "Selektivní růst plochy na planárních maskovaných InP substrátech kovovou organickou parní fázovou epitaxií (MOVPE)". Pokrok v růstu krystalů a charakterizace materiálů. 35 (2–4): 263–288. doi:10.1016 / s0960-8974 (98) 00003-5. ISSN  0960-8974.
  6. ^ Schmid, H .; Borg, M .; Moselund, K .; Cutaia, D .; Riel, H. (2015-09-29). „(Invited) Template-Assisted Selective Epitaxy (TASE) of III-V Nanoscale Devices for Heterogeneous Integration with Si“. Rozšířené abstrakty mezinárodní konference 2015 o zařízeních a materiálech v pevné fázi. Japonská společnost aplikované fyziky. doi:10,7567 / ssdm.2015.d-4-1.
  7. ^ Olsson, F .; Xie, M .; Lourdudoss, S .; Prieto, I .; Postigo, P. A. (listopad 2008). „Epitaxiální laterální růst InP na Si z nanootvorů: Teoretická a experimentální indikace pro filtrování defektů v celé pěstované vrstvě“. Journal of Applied Physics. 104 (9): 093112–093112–6. Bibcode:2008JAP ... 104i3112O. doi:10.1063/1.2977754. hdl:10261/17876. ISSN  0021-8979.