Epitaksiaalinen

Epitaksiaalinen (epitaxial) tarkoittaa tilaa, jossa kerroksen kristallirakenne kasvaa alustan kristallisen rakenteen mukaisesti niin, että uuden kerroksen suuntautuminen seuraa tarkasti alustan hila-atomien asentoa. Epitaksiaalisen kerroksen laadulla on suuri vaikutus laitteiden sähköisiin ja optisiin ominaisuuksiin, sillä epäjärjestyksen ja vikojen määrä kasvussa vaikuttavat kerroksen elektroni- ja liikkuvuusominaisuuksiin.

Epitaksia jaetaan yleensä homoepitaksiaan ja heteroepitaksiaan. Homoepitaksia tarkoittaa tilannetta, jossa kasvava kerros on saman aineen kuin alusta, mikä helpottaa hila-virheitä lyhyellä etäisyydellä. Heteroepitaksia puolestaan tarkoittaa, että kerros koostuu toleranssista toisesta materiaalista, jolloin suurin haasteena on hilaetäisyyden ja lämpölaajenemisen yhteensopivuus. Epäjatkumot, kuten väärähila-dislokaatiot, voivat muodostua, jos hajauma on liian suuri.

Kasvatusmenetelmät sisältävät muun muassa molekyylitasoisen yieldsin epitaksian (MBE), kemiallisen höyrynjohdon (CVD) ja orgaanisen metallin kemiallisen höyrynjohdon (MOCVD). Näitä käytetään erityisesti puolijohdelaitteiden, LEDien, lasersädeiden sekä aurinkokennojen valmistuksessa. Materiaalien valintaan vaikuttavat alustan puhtaus, hiilidioksidin väheneminen sekä prosessin lämpötilat ja paineolosuhteet.

Käyttövaatimukset ja laatuvaatimukset huomioiden epitaksiaalinen kasvatus mahdollistaa kontrolloidun kerroksen paksuuden, koostumuksen ja dopauksen, jolloin muodostuu laadukkaita kerroksia, joilla on alhainen virhetiheys ja toivotut sähköiset ominaisuudet. Tutkimuksessa ja teollisuudessa käytetään lisäksi karakterisointimenetelmiä kuten XRD, RHEED ja TEM hallitsemaan laatua sekä kasvun orientaatiota.