Epitaksi, kristalin
bir substrat üzerinde kristalin bir tabaka oluşturulmasıdır. Yüksek saflıkta
mükemmel kristalin epitaksiyal tabakalar üretilebilmesi, kullanılan substratın
yüzeyine, malzeme birikme hızına ve uygulanan proses sıcaklığına bağlıdır. Epitaksiyal
filmler gaz, sıvı veya katı fazlardan hazırlanabilir.
Monokristalin bir substrat, film büyüme için parametreleri
ayarlar; bu nedenle kristal yapı ve epitaksiyel film oryantasyonu, substratınki
ile aynıdır. Polikristalin veya amorf filmlerin monokristalin substratlarda
bile büyüyebilmesi, epitaksiyel büyümeyi ince film büyümesinden ayırır. Film ve
substratın kompozisyonları aynı ise prosese homoepitaksi, farklı ise
heteroepitaksi denir.
Epitaksiyal büyüme, nanoteknolojide ve yarıiletken yapıların
üretiminde (silikon, germanyum, galyum nitrür, galyum arsenür ve indiyum fosfit
gibi yüksek kristal kaliteli iletken malzeme tabakalar oluşturmada) yaygın
olarak kullanılır.
Şekil-1: Epitakside
kinetik proses (reaksiyon hızlar Arrhenius formdadır: k = Ae-E
Homoepitaksi: Homoepitaksi, substratınkinden farklı yabancı madde içeriğine sahip tabakaları
büyütmek veya farklı doping seviyelerine sahip tabakalar oluşturmak için
kullanılan bir yöntemdir.
Heteroepitaksi: Heteroepitaksi, büyüyen tabakanın kimyasal kompozisyonunun substrat malzemeden farklı
olduğu epitaksi formudur.
Substrat ve film
farklı malzemelerden yapılmış olduğundan, latis parametrelerinin tam
denkliğinde oluşan ideal orantılı büyüme (Şekil-2a) pek mümkün değildir.
Çoğunlukla, filmin ve substratın kristal yapısı farklıdır. Yapılardaki
farklılık, sabitler arasındaki relatif fark olarak tanımlanan latis
uyumsuzluğunun kantitatif parametresi ile karakterize edilir.
b – a
e = ¾¾¾
a
Latisin küçük tutarsızlıkları elastik gerilmelerle (stres),
gerilmiş latis arayüz düzlemindeki substratın periyodikliğini korur, ancak
birim hücre hacmini koruyan dikey yönde farklı bir periyodiklik kazanır. Bu tür
büyümeye psödomorfik denir (Şekil-2b).
Latis uyuşmazlıkları büyük olduğunda, stres, yalnızca
arayüzde ortaya çıkan epitaksiyel dislokasyonlar vasıtasıyla serbest bırakılabilecek
bir değere ulaşır (Şekil-2c). Dislokasyonlar arasındaki mesafe (d),
ab
d = ¾¾¾
Ib - aI
Heteroepitaksi teknoloji, safir üzerinde galyum, veya galyum
arsenid (GaAs) üzerinde alüminyum-galyum-indiyum fosfid (AlGaInP) gibi
‘heteroyapıların büyütülmesi’nde kullanılan bir teknolojidir.
Şekil-2: Heteroepitaxial
filmlerin büyüme mekanizmalarını gösteren şematik diyagram
