2 Слияние и срастание островков; 3 – вытеснение (а)
и увеличение (б) межзеренной границы
Может меняться не только форма островка, но и его ориентация относительно подложки. При соприкосновении двух островков между ними образуется шейка, которая может двигаться за счет диффузии.
При низкой температуре, или когда изменение формы затруднено (например, наличие оксида на поверхности), происходит объединение островков – коагуляция. При этом форма островков почти не меняется, так как соприкасаются участки с наибольшей кривизной поверхности (рис. 3.18, б). Островки срастаются механически без изменения огранки, взаимного расположения и ориентации. Если островки ориентированы по-разному, то образуется граница А – А (рис. 3.18, б).
18. Ориентированная кристаллизация
Одна из основных задач технологии материалов электронной техники – получение бездефектных монокристаллов. Для этого зародыши кристаллической фазы должны иметь одинаковую ориентацию (см. подраздел 3.1).
Термин «эпитаксия» происходит от греческих слов epi – на и taxis – расположение, порядок; был предложен в 1928 г Руайе для описания ориентированного нарастания кристаллов друг на друге. Поэтому эпитаксия – ориентированный рост одного кристаллического вещества на другом.
Эпитаксия разделяется на следующие виды:
– гомоэпитаксия (автоэпитаксия) – ориентированный рост кристаллического вещества на кристаллической подложке из того же вещества, которое может отличаться только содержанием примесей. Это обычный рост монокристаллов;
– гетероэпитаксия – это ориентированный рост на инородной подложке, при этом происходит кристаллохимическое взаимодействие срастающихся фаз с образованием переходного эпитаксиального слоя (ПЭС);
– хемоэпитаксия – процесс ориентированного роста, при котором происходит образование новой фазы в результате химического взаимодействия подложки с веществом, поступающим из внешней среды. Полученное соединение отличается по химическому составу как от подложки, так и от вещества, поступающего из внешней среды. Новая фаза продолжает кристаллическую решетку подложки.
При эпитаксии должны выполняться два условия:
– ретикулярная плотность в плоскости нарастающего кристалла должна быть высокой;
– ректикулярные плотности в соприкасающихся плоскостях должны быть одинаковыми, а их симметрия – подобной.
Мерой несоответствия периодов решеток является величина
,
(3.41)
где аэ – период решетки эпитаксиального слоя; ап – период решетки подложки.
Компенсация несоответствия происходит в ПЭС. По видам компенсации несоответствия периодов решеток существует следующая классификация эпитаксии:
– регулярная бездефектная эпитаксия с компенсацией упругим деформированием (при малых значениях Д);
– регулярная бездислокационная эпитаксия с возникновением специальных поверхностей раздела (двойников, дефектов упаковки);
– регулярная эпитаксия с компенсацией точечными дефектами (изолированные точечные дефекты, цепочки из них или сверхрешетки);
– регулярная эпитаксия с компенсацией несоответствия линейными дефектами (дислокациями несоответствия). Несоответствие периодов решеток, выходящее за пределы упругой деформации, компенсируется дислокациями несоответствия (рис. 3.19). Чем меньше Δ, тем больше расстояние между дислокациями и меньше их плотность;
– нерегулярная эпитаксия с возникновением границ раздела с большими углами поворота в кристаллах.
Рис. 3.19. Дислокации несоответствия при эпитаксиальном росте слоя (1) с межатомным расстоянием ас на подложке (2)
с межатомным расстоянием ап; 3 – ПЭС;
ПС – поверхность срастания