Селективная зональная эпитаксия

Селективная зональная эпитаксия представляет собой локальный рост эпитаксиального слоя через узорчатую аморфную диэлектрическую маску (обычно SiO ₂ или Si ₃ N ₄ ), нанесенную на полупроводниковую подложку. Условия выращивания полупроводников подобраны таким образом, чтобы обеспечить эпитаксиальный рост на открытой подложке, а не на диэлектрической маске. ^{[ 1 ]} SAE может быть выполнен различными методами эпитаксиального выращивания, такими как молекулярно-лучевая эпитаксия. ^{[ 2 ]} (MBE), металлоорганическая газофазная эпитаксия (MOVPE) ^{[ 1 ]} и химическая лучевая эпитаксия (CBE). ^{[ 3 ]} С помощью SAE полупроводниковые наноструктуры, такие как квантовые точки и нанопроволоки, можно выращивать в предназначенных для них местах. ^{[ 2 ]}

Концепции

Маска

Маска, используемая в SAE, обычно представляет собой аморфный диэлектрик, такой как SiO2 или SiN4, который нанесен на полупроводниковую подложку. Узоры (отверстия) в маске изготавливаются с использованием стандартных методов микрообработки, литографии и травления. При изготовлении маски SAE можно использовать различные методы литографии и травления. Подходящие методы зависят от размера элемента узора и используемых материалов. Электронно-лучевая литография широко используется благодаря нанометровому разрешению. Маска должна выдерживать условия выращивания полупроводников при высоких температурах, чтобы ограничить рост узорчатыми отверстиями в маске. ^{[ 4 ]}

Селективность

Селективность в SAE используется для выражения роста на маске. Селективность роста обусловлена тем, что атомы не склонны прилипать к маске, т.е. имеют низкий коэффициент прилипания . Коэффициент прилипания можно уменьшить за счет выбора материала маски, имеющего меньшую текучесть материала и более высокую температуру роста. Высокая селективность, т.е. рост на маске нежелателен. ^{[ 5 ]}

Механизм роста

Механизм эпитаксиального роста при SAE можно разделить на две части: рост до уровня маски и рост после уровня маски.

Рост до уровня маски

До уровня маски рост ограничивается только отверстием в маске. Рост начинает превышать кристалл кристалла подложки, следуя рисунку маски. Выращенный полупроводник имеет структуру рисунка. Это используется в селективной зональной эпитаксии с использованием шаблона (TASE), где глубокие узоры в маске используются в качестве шаблона для всей полупроводниковой структуры, а рост останавливается до уровня маски. ^{[ 6 ]}

Рост после уровня маски

После уровня маски рост может превышать любое направление, поскольку маска больше не ограничивает направление роста. Рост продолжается в направлении, энергетически выгодном для расширения кристалла в существующих условиях роста. Этот рост называют граненым, поскольку кристаллу выгодно образовывать грани. Поэтому в полупроводниковых структурах, выращенных с помощью SAE, видны четкие кристаллические грани. Направление роста или, точнее, скорость роста различных граней кристалла можно регулировать. Температура роста, соотношение V/III, ориентация рисунка и форма рисунка — это свойства, влияющие на скорость роста граней. Регулируя эти свойства, можно спроектировать структуру выращенного полупроводника. Нанопроволоки, выращенные с помощью SAE, и эпитаксиальные латеральные заросшие структуры (ELO) являются примером структур, созданных в условиях роста SAE. При росте нанопроволок скорость роста боковых граней подавляется и структура растет только в вертикальном направлении. ^{[ 4 ]} В ELO рост начинается в отверстиях маски, а после уровня маски рост продолжается по бокам маски, в конечном итоге соединяя выращенные полупроводниковые структуры вместе. Основным принципом ELO является уменьшение дефектов, вызванных несоответствием решеток подложки и выращенного полупроводника. ^{[ 7 ]}

Факторы, влияющие на SAE

Температура роста
соотношение 5/3
Выбор материала маски.
Ориентация окна
Соотношение маски и окна
Качество маски
Форма узора

Техники

SAE может быть достигнуто с помощью различных методов эпитаксиального выращивания, которые перечислены ниже.

Приложения

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Стрингфеллоу, Джеральд Б. (2014). Металлоорганическая парофазная эпитаксия: теория и практика . Эльзевир Наука. ISBN 978-0-08-053818-1 . OCLC 1056079789 .
^ Jump up to: ^а ^б Асахи, Хадзиме Вестник. Хорикоши, Ёсидзи Хераусгебер. (15 апреля 2019 г.). Молекулярно-лучевая эпитаксия: материалы и применение для электроники и оптоэлектроники . ISBN 978-1-119-35501-4 . OCLC 1099903600 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Дэвис, Дж.Дж.; Скевингтон, П.Дж.; французский, CL; Фурд, Дж. С. (май 1992 г.). «Селективный рост площади полупроводников соединений III – V методом химико-лучевой эпитаксии». Журнал роста кристаллов . 120 (1–4): 369–375. Бибкод : 1992JCrGr.120..369D . дои : 10.1016/0022-0248(92)90420-н . ISSN 0022-0248 .
^ Jump up to: ^а ^б «Инжиниринг формы наноструктур InP методом селективной эпитаксии» . дои : 10.1021/acsnano.9b02985.s001 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Ван Кенегем, Том; Моерман, Ингрид; Демистер, Пит (январь 1997 г.). «Селективный рост областей на плоских замаскированных подложках InP методом газофазной эпитаксии металлорганических соединений (MOVPE)». Прогресс в выращивании кристаллов и характеристике материалов . 35 (2–4): 263–288. дои : 10.1016/s0960-8974(98)00003-5 . ISSN 0960-8974 .
^ Шмид, Х.; Борг, М.; Мозелунд, К.; Кутайя, Д.; Риэль, Х. (29 сентября 2015 г.). «(Приглашено) Селективная эпитаксия с помощью шаблона (TASE) наноразмерных устройств III-V для гетерогенной интеграции с кремнием». Расширенные тезисы Международной конференции по твердотельным устройствам и материалам 2015 года . Японское общество прикладной физики. дои : 10.7567/ssdm.2015.d-4-1 .
^ Олссон, Ф.; Се, М.; Лурдудосс, С.; Прието, И.; Постиго, Пенсильвания (ноябрь 2008 г.). «Эпитаксиальное боковое разрастание InP на Si из наноотверстий: теоретические и экспериментальные указания для фильтрации дефектов по всему выращенному слою». Журнал прикладной физики . 104 (9): 093112–093112–6. Бибкод : 2008JAP...104i3112O . дои : 10.1063/1.2977754 . hdl : 10261/17876 . ISSN 0021-8979 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Стрингфеллоу, Джеральд Б. (2014). Металлоорганическая парофазная эпитаксия: теория и практика . Эльзевир Наука. ISBN 978-0-08-053818-1 . OCLC 1056079789 .

[:1-2] Jump up to: ^а ^б Асахи, Хадзиме Вестник. Хорикоши, Ёсидзи Хераусгебер. (15 апреля 2019 г.). Молекулярно-лучевая эпитаксия: материалы и применение для электроники и оптоэлектроники . ISBN 978-1-119-35501-4 . OCLC 1099903600 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[3] Дэвис, Дж.Дж.; Скевингтон, П.Дж.; французский, CL; Фурд, Дж. С. (май 1992 г.). «Селективный рост площади полупроводников соединений III – V методом химико-лучевой эпитаксии». Журнал роста кристаллов . 120 (1–4): 369–375. Бибкод : 1992JCrGr.120..369D . дои : 10.1016/0022-0248(92)90420-н . ISSN 0022-0248 .

[dx.doi.org-4] Jump up to: ^а ^б «Инжиниринг формы наноструктур InP методом селективной эпитаксии» . дои : 10.1021/acsnano.9b02985.s001 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[5] Ван Кенегем, Том; Моерман, Ингрид; Демистер, Пит (январь 1997 г.). «Селективный рост областей на плоских замаскированных подложках InP методом газофазной эпитаксии металлорганических соединений (MOVPE)». Прогресс в выращивании кристаллов и характеристике материалов . 35 (2–4): 263–288. дои : 10.1016/s0960-8974(98)00003-5 . ISSN 0960-8974 .

[6] Шмид, Х.; Борг, М.; Мозелунд, К.; Кутайя, Д.; Риэль, Х. (29 сентября 2015 г.). «(Приглашено) Селективная эпитаксия с помощью шаблона (TASE) наноразмерных устройств III-V для гетерогенной интеграции с кремнием». Расширенные тезисы Международной конференции по твердотельным устройствам и материалам 2015 года . Японское общество прикладной физики. дои : 10.7567/ssdm.2015.d-4-1 .

[7] Олссон, Ф.; Се, М.; Лурдудосс, С.; Прието, И.; Постиго, Пенсильвания (ноябрь 2008 г.). «Эпитаксиальное боковое разрастание InP на Si из наноотверстий: теоретические и экспериментальные указания для фильтрации дефектов по всему выращенному слою». Журнал прикладной физики . 104 (9): 093112–093112–6. Бибкод : 2008JAP...104i3112O . дои : 10.1063/1.2977754 . hdl : 10261/17876 . ISSN 0021-8979 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]