Эпитаксия

Закономерное, ориентированное нарастание кристаллов одного вещества на кристалле другого вещества называется эпитаксией (от греческого "эпи"  на, над; "таксис"  расположенный в порядке). При этом решетка растущего кристалла ориентируется строго определённо относительно кристаллографической поверхности подложки, т.е. кристалла, на котором происходит этот рост. Ориентированно срастаться могут не только изоморфные кристаллы (имеющие одинаковые решетки), но и вещества, различающиеся структурой и симметрией.

Возможность эпитаксиального роста кристаллов зависит, однако, не только от геометрического соответствия срастающихся плоских сеток, но и от степени совершенства соприкасающихся пространств, поверхностной структуры граней, температуры, давления и некоторых других факторов.

Например, ориентированное наращивание металлов на ионные кристаллы типа каменной соли (кубическая сингония) обычно происходит так, что плоскости (100) металла и подложки совпадают. При этом направление <100> у ГЦК-металлов ориентируется вдоль аналогичного направления <100> подложки, в то время как у металлов с ОЦК-решеткой  вдоль <110>.

Эпитаксиальный рост широко используется в технике для получения тонких монокристаллических плёнок. Так, подобный способ используется в микроэлектронике для получения тонких полупроводниковых плёнок. Механическими методами невозможно получить такие плёнки, поскольку любая механическая обработка создаёт нарушения поверхностного слоя, которые при малой толщине плёнки простираются на всю её глубину.

Методы эпитаксиального роста дают возможность создавать плёнки с чередующейся структурой (сэндвич-структуры), с заданным распределением примесей, с определённым типом проводимости.

Эпитаксиальные плёнки выращивают:

 путём напыления в вакууме (ионно-плазменное напыление, например, нитридом титана или циркония);

 электролитическим осаждением;

 кристаллизацией из расплавов;

 осаждением из газовой среды (из паров).

Методы выращивания кристаллов

Для получения монокристаллических материалов разработаны разнообразные технологические приемы, которые в настоящее время нашли применение как в лабораторных экспериментах, так и в практике промышленного производства. Познакомимся с наиболее известными из них.

1. Выращивание из паров (газовой среды)

Этот метод используется преимущественно для получения эпитаксиальных плёнок и нитевидных кристаллов. Однако из газовой фазы можно выращивать и кристаллы, весьма совершенные, правильно огранённые, но относительно небольших размеров.

Методы сублимации (т.е. кристаллизации вещества из собственного пара) удобны для таких материалов (нафталин, иод, карбид кремния), которые легко поддаются особому виду фазового превращения, при котором в процессе нагрева наблюдается переход из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Рост осуществляется в закрытом сосуде (обычно это запаянные стеклянные или кварцевые трубки), в котором создаются две температурные области  в одной температура выше температуры сублимации, в другой  существенно ниже. В результате такого резкого температурного градиента по длине сосуда создаются условия, когда в первой зоне кристалл выгоняется, во второй растёт на стенках сосуда или на затравке.