برآرایی

برآرایی یا رونشست یا رشد همبافته یا اپیتکسی (به انگلیسی: Epitaxy) روشی برای پوشش لایه‌ای تک‌بلور روی زیرلایه‌ای تک‌بلور است. به لایه پوششی لایه برآرایی گفته می‌شود. واژه اپیتکسی ریشه یونانی دارد و از دو بخش اپی یعنی بر رویِ و تکسی یعنی در حالت منظم شکل گرفته‌است.

این روش با لایه نشانی معمولی لایه نازک (پا توپوتکسی) که در آن لایه‌ای از مواد آمورف یا چندبلور رشد داده می‌شوند تفاوت دارد. لایه برآرایی را می‌توان از فاز مایع یا گاز درست کرد و ساختار نهایی آن با زیر لایه یکی خواهد بود زیرا زیرلایه نقش بذر بلور را دارد.

اگر ترکیب لایه برآرایی با زیرلایه یکسان باشد، به آن برآرایی همگن homoepitaxy گفته می‌شود. از این روش برای دستیابی به ساختاری از یک ماده چند لایه که لایه‌هایش دارای دوپینگ‌های مختلفی هستند (هر لایه دارای غلظت مشخصی از یک ناخالصی‌ست) بکار می‌رود، مانند ساخت گونه‌هایی از نیمه‌رساناها.

اگر ترکیب لایه برآرایی با زیرلایه یکسان نباشد، به آن برآرایی ناهمگن heteroepitaxy گفته می‌شود. ازین روش برای دستیابی به ساختاری چندلایه که هر لایه از تک‌بلور ماده‌ای ویژه است، بکار می‌رود. برای نمونه می‌توان از نیترید گالیوم روی پاقوت کبود، یا AlGaInP (فسفید آلومینیوم-گالیوم-ایندیوم) روی آرسنید گالیوم نام برد.

برآرایی در ساخت موادی که پایه ساختشان سیلیسیوم‌اند مانند ترانزیستور دوقطبی پیوندی و سیماس، و همچنین در ساخت نیمه‌رساناهای ترکیبی مانند آرسنید گالیوم کاربرد دارد.

برارایی(epitaxy)، فرآیند رشد بلوری از جهتی خاص بر روی یک کریستال دیگر در جایی که جهت گیری توسط کریستال زیرین تعیین می شود ، است. ایجاد لایه های مختلف در ویفرهای نیمه هادی ، مانند لایه هایی که در مدارهای مجتمع استفاده می شود ، یک کاربرد معمول برای این فرآیند است. . اتمهای موجود در یک لایه اپیتاکسیال نسبت به کریستال زیرین دارای یک مکان خاص هستند. این فرآیند منجر به تشکیل لایه های نازک کریستالی می شود که ممکن است از ترکیب شیمیایی یا ساختار شیمیایی یکسان یا متفاوت با بستر باشند و ممکن است فقط از یک یا از طریق رسوبات مکرر ، بسیاری از لایه های مشخص تشکیل شده باشد. در هوموپیتاکسی لایه های رشد از همان ماده بستر تشکیل شده اند ، در حالی که در هتروپیتاکسی لایه های رشد از ماده ای متفاوت از بستر هستند. [1]

اهمیت تجاری اپیتاکسی بیشتر از کاربرد آن در رشد مواد نیمه رسانا برای تشکیل لایه ها و چاه های کوانتوم در دستگاه های الکترونیکی و فوتونیکی است - به عنوان مثال در رایانه ، نمایش فیلم و برنامه های مخابراتی. روند اپیتاکسی کلی است ، اما ممکن است برای سایر طبقات مواد مانند فلزات و اکسیدها نیز وجود داشته باشد ، که از دهه 1980 برای ایجاد موادی که مقاومت مغناطیسی غول پیکر را نشان می دهند (خاصیتی که برای تولید دستگاه های ذخیره سازی دیجیتالی با فضای بیشتر استفاده شده است).[2]

در اپیتاکسی فاز بخار ، اتم های رسوب از یک بخار به وجود می آیند ، به طوری که رشد در رابط بین فازهای گازی و جامد ماده اتفاق می افتد. به عنوان مثال می توان به رشد از مواد تبخیری حرارتی مانند سیلیکون یا گازهایی مانند سیلان(SiH4) اشاره کرد که با یک سطح گرم واکنش می دهد تا اتمهای سیلیکون را پشت سر بگذارد و هیدروژن را دوباره به فاز گازی آزاد می کند. در فاز مایع لایه های اپیتاکسی از یک منبع مایع (مانند سیلیکون دوپ شده با مقدار کمی عنصر دیگر) در یک رابط مایع و جامد رشد می کنند. در اپیتاکسی فاز جامد ابتدا یک لایه غشا نازک آمورف (غیر بلوری) بر روی یک بستر کریستالی رسوب می کند ، سپس آن را گرم می کند تا غشا به یک لایه بلوری تبدیل شود. رشد اپیتاکسیال سپس توسط یک فرآیند لایه به لایه در فاز جامد از طریق حرکت اتمی در طی تبلور مجدد در رابط کریستال-آمورف انجام می شود.

برای انتشار یا تشخیص کارآمد فوتون ها ، اغلب لازم است که این فرآیندها را به لایه های نیمه رسانای بسیار نازک محدود کنیم. این لایه های نازک که روی لایه های نیمه رسانا رشد می کنند ، لایه های اپتاکسیال نامیده می شوند زیرا تبلور آنها با لایه بستر مطابقت دارد حتی اگر ترکیب مواد متفاوت باشد - به عنوان مثال ، آرسنید آلومینیوم گالیم (GaAlAs) که در بالای یک بستر آرسنید گالیوم رشد می کند. لایه های بدست آمده چیزی را تشکیل می دهند که ساختار ناهمگونی نامیده می شود. بیشتر لیزرهای نیمه رسانا که به طور مداوم کار می کنند از ساختارهای ناهمگن تشکیل شده اند ، یک مثال ساده متشکل از لایه های آرسنید گالیوم با ضخامت 1000 آنگستروم که بین لایه های تا حدودی ضخیم تر (حدود 10000 آنگستروم) آرسنید آلومینیوم گالیم قرار دارند - همه به صورت همبافته(epitaxial) روی یک بستر آرسنید گالیوم رشد می کنند. ساندویچ زدن و تکرار لایه های بسیار نازک یک نیمه هادی بین لایه های یک ترکیب متفاوت باعث می شود که بتوان شکاف باند لایه ساندویچ را اصلاح کرد. این تکنیک ، مهندسی شکاف باند نامیده می شود ، اجازه ایجاد مواد نیمه هادی با خواصی را می دهد که در طبیعت یافت نمی شوند. مهندسی شکاف باند ، که به طور گسترده با نیمه رساناهای مرکب III-V استفاده می شود ، همچنین می تواند در نیمه رساناهای بنیادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم اعمال شود.[3]

دقیق ترین روش رشد لایه های همبافته(epitaxial) روی یک بستر نیمه رسانا اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE)است. در این تکنیک ، یک جریان یا پرتو از اتمها یا مولکول ها از یک منبع مشترک فوران می شود و از طریق یک خلاuum عبور می کند تا به یک سطح کریستال گرم شده برخورد کند و یک لایه تشکیل می دهد که ساختار بلوری همان لایه زیرین دارد. تغییرات MBE شامل MBE منبع اولیه ، MBE منبع هیدرید ، MBE منبع گاز و MBE فلزی- آلی است. رویکردهای دیگر رشد اپیتاکسیال اپیتاکسی فاز مایع (LPE)یا رسوب بخار شیمیایی (CVD)است. روش دوم شامل هیدرید CVD ، تری کلراید CVD و فلز آلی CVD است.

به طور معمول ، لایه های همبافته در سطوح صاف رشد می کنند ، اما دانشمندان در جستجوی یک روش اقتصادی و قابل اعتماد برای رشد مواد همبافته در ساختارهای غیر صفحه ای(non-planar) هستند - به عنوان مثال ، در اطراف لبه ها و کانال ها که در سطح دستگاه های نیمه رسانا حک شده است. اپیتاکسی غیر پلانار برای تولید دستگاه های نوری یکپارچه یکپارچه یا کلیدهای تمام فوتونیک و عناصر منطقی ضروری در نظر گرفته می شود ، اما تسلط بر این روش نیاز به درک بهتر شیمی سطح و پویایی سطح رشد اپیتاکسیال دارد.

اپیتاکسی قطره، یک روش رشد ابتکاری است که برای ساخت نانوساختارهای کوانتومی با اشکال بسیار قابل طراحی و مورفولوژی پیچیده در محیط اپیتاکسی پرتو مولکولی انجام می شود. اپیتاکسی قطره بر اساس تقسیم رسوب عناصر ستون III و V در دما و شار کنترل شده است. اولین مرحله اپیتاکسی قطره ، تشکیل مخازن اتم فلز در مقیاس نانو در سطح رشد به شکل قطرات اندازه نانومتر با پراکندگی در اندازه کوچک است. قطرات فلزی موجود در سطح منابع محلی سازی گروه III را تشکیل می دهند که ساختارهای نانو از آنها تکامل می یابند. دوم ، و بیشتر برای کنترل شکل ساختار نانو ، تأمین عناصر گروه V در دما و شارهای مختلف است. این امکان را برای کنترل دقیق ، از طریق شار و دما ، سینتیک تبدیل قطرات فلزی به نانوکریستالهای III-V فراهم می کند ، بنابراین منجر به تشکیل ساختارهای نانو با اشکال پیچیده و کنترل می شود. در این فصل ، مفاهیم پایه گذاری اپیتاکسی قطره معرفی می شود. یک بررسی دقیق از روش ساخت اپیتاکسی قطرات نانوساختارهای III-V و همچنین دستاوردهای اصلی اپیتاکسی قطره ، ارائه خواهدشد.

[4]