EPITAXIE

Epitaxie

 

[griech. epitaxis, »Anordnung«] die, das Aufbringen dünner Schichten auf einer kristallinen Unterlage (Substrat) in der Art, dass die abgeschiedenen Atome sich gemäß dem bereits vorhandenen Kristallgitter anordnen.Ein derartiges Aufwachsen von einkristallinen Halbleiterschichten auf Trägerscheiben anderer Leitfähigkeit wird v. a. bei der Herstellung von integrierten Halbleiterbauelementen angewendet. Durch verschiedene experimentelle Bedingungen lassen sich Eigenschaften wie Ladungsträgerdichte, elektrischer Widerstand, Dicke oder Homogenität der Schichten in weiten Grenzen variieren. Beispielsweise ist während der Epitaxie eine gezielte Dotierung durch Fremdatome möglich.

 

Verschiedene Epitaxieverfahren wurden entwickelt. Die Molekularstrahl-Epitaxie erlaubt es, Kristalle mit Schichten aus verschiedenartigen Substanzen aufzubauen. Die abzuscheidenden Atome (z. B. des chemischen Elements Germanium) werden durch Molekularstrahlen im Ultrahochvakuum zur erwärmten Substratoberfläche (z. B. Silizium) transportiert und dort Atom für Atom abgelagert, wodurch eine weitere Schicht mit derselben Kristallstruktur entsteht. Durch Einsatz von mehreren Molekularstrahlöfen mit Füllungen unterschiedlicher atomarer Zusammensetzung (v. a. unterschiedlichen Gehalts an Dotierstoffen) können Schichtenstrukturen aufgedampft werden, deren Zusammensetzung und Eigenschaften sich im Bereich von einigen Atomlagen ändern.

 

Epitaktisch hergestellte Transistoren bzw. Schaltkreise sind besonders klein und leistungsfähig, aber auch relativ teuer.

Epitaxie

 

[zu griechisch -taxía »das Anordnen«] die, -/...'xi|en, die gesetzmäßige, orientierte Verwachsung von Kristallen, die chemisch und strukturmäßig gleich (Homoepitaxie) oder verschieden (Heteroepitaxie) sein können. Lässt man einen Stoff, der in seiner Dampfphase oder in Form einer gasförmigen Verbindung vorliegt, auf einem vorgegebenen Kristall, dem Träger (in der Halbleitertechnik meist ein Halbleitereinkristall in Scheibenform), kondensieren oder - nach thermischer Zersetzung der Verbindung - sich niederschlagen (Gasphasenepitaxie), so entsteht auf dem Träger eine epitaktische Schicht, d. h. ein dünner, flächenhafter Einkristall, dessen Orientierung durch die Einkristallstruktur des Trägers bestimmt wird, da die elektrostatischen Felder an der Kristalloberfläche die neu auftreffenden Atome zum Weiterbau derselben räumlichen Struktur zwingen. Ein derartiges epitaktisches Aufwachsen von einkristallinen Halbleiterschichten unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit auf Trägerscheiben anderer Leitfähigkeit wird v. a. bei der Herstellung von diskreten und integrierten Halbleiterbauelementen angewendet. Eigenschaften wie Ladungsträgerdichte und -beweglichkeit, elektrischer Widerstand, Dicke, Homogenität und Zusammensetzung lassen sich durch Steuerung der experimentellen Bedingungen in weiten Grenzen variieren. Bei der Molekularstrahlepitaxie werden die elementaren Bestandteile des aufwachsenden Kristalls, z. B. Gallium- und Arsenatome im Fall eines GaAs-Kristalls, durch Molekularstrahlen im Ultrahochvakuum zur Substratoberfläche transportiert und dort Atom für Atom angelagert. Da sich die Epitaxieschicht sehr langsam aufbaut, können sehr perfekte Einkristalle praktisch ohne Störstellen im Gitter mit hervorragenden elektrischen und magnetischen Eigenschaften hergestellt werden. Durch Einsatz von mehreren Molekularstrahlöfen mit Füllungen unterschiedlicher atomarer Zusammensetzung (v. a. unterschiedlichen Gehalts an Dotierstoffen) können Schichtenstrukturen aufgedampft werden, deren Zusammensetzung und Eigenschaften sich im Bereich von einigen Atomlagen ändern. So können dünne Schichten sehr unterschiedlicher Leitfähigkeit durch gezielte Steuerung der Dotierstoffkonzentration ohne Unterbrechung des Kristallwachstums übereinander abgeschieden und wesentlich feinere Strukturen als z. B. bei der Dotierung durch Diffusion hergestellt werden. Die Epitaxie dient auch zur Niederdrucksynthese von Diamanten.