Crecimiento epitaxial

Crecimiento epitaxial
El crecimiento epitaxial o epitaxia es uno de los procesos en la fabricación de circuitos integrados.
A partir de una cara de un cristal de material semiconductor se hace crecer un substrato con la misma estructura cristalina; el sustrato debe poseer dos condiciones esenciales. La primera es que debe tener sitio de nucleación donde los átomos a depositar pierdan su energíay lleguen a formar parte de la estructura cristalina del sólido. La segunda es que el sustrato debe poseer una temperatura tal que, una vez alcanzada la superficie por los átomos que contribuirán al crecimiento, estos puedan moverse fácilmente hasta situarse en un lugar de la red cristalina .
Mediante esta técnica se puede controlar de forma muy precisa el nivel de impurezas en el semiconductor,que son los que definen su carácter (N o P). Para hacer esto se calienta el semiconductor hasta casi su punto de fusión y se pone en contacto con el material de base para que, al enfriarse, recristalice con la estructura adecuada. La capa crecida se extiende sobre toda la superficie del sustrato no de forma localizada como en la difusión.
TIPOS DE EPITAXIA
Según sea el material que vamos acrecer sobre el sustrato:
* HOMOEPITAXIA
Consiste en la deposición de un material sobre el mismo material
Ej. Si sobre Si Se obtiene mayor control del dopado y mejor calidad de la red cristalina
* HETEROEPITAXIA
Aquí la deposición de un material se hace sobre otro material
Ej: Si sobre Ge(4%); AlGaAs sobre GaAs (1%o)
La heteroepitaxia presenta algunos problemas:
--Generación de tensiones(entre las diferentes capa)
--Aparición de un espesor critico
Estos problemas requieren un mayor control de las condiciones de crecimiento
Dependiendo de la forma de transportar el material a crecer desde la fuente hasta el substrato existen tres técnicas fundamentales de crecimiento epitaxial.
* Crecimiento epitaxial en fase líquida (LPE).
* Crecimiento epitaxial por hacesmoleculares (MBE).
* Crecimiento epitaxial en fase vapor (VPE).
 Crecimiento epitaxial en fase líquida (LPE).
La epitaxia en fase liquida es el crecimiento de capas epitaxiales sobre sustratos cristalinos por precipitación de un solido directamente desde una fase liquida. Es un proceso muy utilizado en compuestos III-V y II-VI, pudiendo realizarse estructuras multicapa con composiciones ydopajes homogeneos y bien controlados.
Para la obtención de estructuras que contengan varias capas con diferentes composiciones, en la actualidad se utiliza una tecnica llamada barquilla deslizante. Esta barquilla se compone de dos partes: el tronco y el deslizador como se observa en la figura2.
El tronco generalmente no se mueve y tiene unas cavidades hechas sobre un bote de grafito de alta purezadonde se alojan las fases líquidas de diferentes composiciones. Cada una de estas composiciones posee los elementos necesarios y los dopantes que originan las capas epitaxiales.
El deslizador tambien de grafito tiene una cavidad en la cual se deposita el substrato, éste se desliza en relación con el tronco y de esta manera el substrato se pone en contacto con cada una de las fases líquidascontenidas en las cavidades del tronco.
Un termopar es introducido en el interior de la barquilla para indicar exactamente la temperatura existente en el sustrato, dato que debe ser perfectamente conocido y controlado.
El conjunto esta colocado en un tubo cerrado de cuarzo, por ambos lados y calentado por un horno que permite saltos de temperatura de forma controlada.
Durante la epitaxia un flujo deH2 purificado recorre el tubo eliminando el oxigeno y el vapor de agua que pudiera contaminar el proceso.
Si al mismo tiempo se baja la temperatura del horno, entonces sobre la superficie del substrato se van a cristalizar capas epitaxiales; la composición de estas capas depende de la temperatura y de las composiciones de las fases líquidas.
El espesor de algunas de las capas se puede regular...