Эпитаксия

ЭПИТАКСИЯ (от эпи... и греч. taxis - расположение, порядок), ориентированный рост одного кристалла на пов-сти другого (подложки). Различают гетероэпитаксию, когда в-ва подложки и нарастающего кристалла различны, и гомоэпитаксию (автоэпитаксию), когда они одинаковы. Ориентированный рост кристалла внутри объема другого наз. эндотаксией. Эпитаксия наблюдается, напр., при кристаллизации, коррозии. Определяется условиями сопряжения кристаллич. решеток нарастающего кристалла и подложки, причем существенно их структурно-геом. соответствие. Легче всего сопрягаются в-ва, кристаллизующиеся в одинаковых или близких структурных типах, напр. гранецентрир. куба (Ag) и решетки типа NaCl, но эпитаксию можно получить и для различающихся структур.
При описании эпитаксии указывают плоскости срастания и направления в них, напр., [112](111)Si || [1100](0001)Al₂O₃ означает, что грань (111) кристалла Si с решеткой типа алмаза нарастает параллельно грани (0001) кристалла А1₂О₃, причем кристаллографич. направление [112] в нарастающем кристалле параллельно направлению [1100] подложки (см. Кристаллы).
Эпитаксия особенно легко осуществляется, если разность параметров обеих решеток не превышает ~ 10%. При больших расхождениях сопрягаются наиб. плотноупакованные плоскости и направления. При этом часть плоскостей одной из решеток не имеет продолжения в другой; края таких оборванных плоскостей образуют т. наз. дислокации несоответствия, обычно образующие сетку. Плотность дислокаций в сетке тем больше, чем больше разность параметров сопрягающихся решеток. Меняя параметр одной из решеток (добавлением примеси), можно управлять кол-вом дислокаций в эпитаксиально нарастающем слое.
Эпитаксия происходит таким образом, чтобы суммарная энергия границы, состоящей из участков подложка - кристалл, кристалл - маточная среда и подложка - среда, была минимальной. У в-в с близкими структурами и параметрами (напр., Аu на Ag) образование границы сопряжения энергетически невыгодно, и нарастающий слой имеет в точности структуру подложки (псевдоморфизм). С увеличением толщины упруго напряженной псевдоморфной пленки запасенная в ней энергия растет, и при толщинах более критической (для Аu на Ag это ок. 60 нм) нарастает пленка с собств. структурой.
Помимо структурно-геом. соответствия, сопряжение данной пары в-в при эпитаксии зависит от т-ры процесса, степени пересыщения (переохлаждения) кристаллизующегося в-ва в среде, от совершенства подложки, чистоты ее пов-сти и др. условий кристаллизации. Для разных в-в и условий существует т. наз. эпитаксиальная т-ра, ниже к-рой нарастает только неориентированная пленка.
Эпитаксия обычно начинается с возникновения на подложке отд. кристалликов, к-рые срастаются (коалесцируют), образуя сплошную пленку (эпитаксиальную). На одной и той же подложке возможны разные типы нарастания, напр. [100](100) Au || [100](100)NaCl и [110](111)Au || [110](111)NaCl. Наблюдалась также эпитаксия на подложке, покрытой тонкой пленкой (неск. десятков нм) С, О, О₂ и др., что можно объяснить реальной структурой кристалла подложки, влияющей на промежут. слой. Возможна эпитаксия на аморфной подложке, на к-рой создан кристаллографически симметричный микрорельеф (графоэпитаксия). Эпитаксиальные пленки выращивают методами жидкостной, газофазной и мол.-пучковой эпитаксии (см. Полупроводниковые материалы), вакуумным напылением и др.
Эпитаксию широко используют в микроэлектронике (транзисторы, интегральные схемы, светодиоды и др.), в квантовой электронике (многослойные полупроводниковые гетероструктуры, инжекц. лазеры), в устройствах интегральной оптики, в вычислит, технике (элементы памяти с цилиндрич. магнитными доменами) и т. п.

Лит.: Палатник Л. С, Папиров И. И., Ориентированная кристаллизация, М., 1964; их же, Эпитаксиальные пленки, М., 1971; Современная кристаллография, т. 3, М., 1980. См. также лит. при ст. Напыление вакуумное, Планарная технология, Химическое осаждение из газовой фазы.

Е. И. Гиваргизов.