Эпитаксия
Эпитаксия (от эпи... и греч. táxis - расположение, порядок), ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Различают гетероэпитаксию, когда вещества подложки и нарастающего кристалла различны, и гомоэпитаксию (автоэпитаксию), когда они одинаковы. Ориентированный рост кристалла внутри объёма другого называется эндотаксией. Э. наблюдается при кристаллизации из любых сред (пара, раствора, расплава); при коррозии и т. д. Э. определяется условиями сопряжения кристаллических решёток нарастающего кристалла и подложки, причём существенно их структурно-геометрическое соответствие. Легче всего сопрягаются вещества, кристаллизирующиеся в одинаковых или близких структурных типах, например, гранецентрированного куба Ag и решётки типа NaCI, сфалерита и решётки типа алмаза.
Однако Э. можно получить и для резко различающихся структур, например решёток типа корунда и алмаза.
При описании Э. указываются плоскости срастания и направления в них: [112] (111) Si//[1100] (0001) Al2O3. Это означает, что грань (111) кристалла Si (решётка типа алмаза) нарастает параллельно грани (0001) кристалла Al2O3 (решётка типа корунда), причём кристаллографическое направление [112] в нарастающем кристалле параллельно направлению [1100] подложки (см. Кристаллы).
Э. особенно легко осуществляется, если разность постоянных обеих решёток не превышает 10%. При больших расхождениях сопрягаются наиболее плотноупакованные плоскости и направления. При этом часть плоскостей одной из решёток не имеет продолжения в другой; края таких оборванных плоскостей образуют т. н. дислокации несоответствия. Последние обычно образуют сетку, в которой можно регулировать плоскость дислокации, меняя периоды сопрягающихся решёток (например, изменяя состав вещества). Таким же путём можно управлять и количеством дислокаций нарастающего слоя.
Э. происходит таким образом, чтобы суммарная энергия границы, состоящей из участков подложка-кристалл, кристалл-среда и подложка-среда, была минимальной. У веществ с близкими структурами и параметрами (например, Аи на Ag) образование границы сопряжения энергетически невыгодно и нарастающий слой имеет в точности структуру подложки (псевдоморфизм). С ростом толщины упруго напряжённой псевдоморфной плёнки запасённая в ней энергия растет и при толщинах, превышающих критическую (для Au на Ag это~ 600 ), нарастает плёнка с собственной структурой.
Помимо структурно-геометрического соответствия, сопряжение данной пары веществ при Э. зависит от температуры процесса, степени пересыщения (переохлаждения) кристаллизующегося вещества в среде, от совершенства подложки, чистоты её поверхности и других условий кристаллизации. Для разных веществ и условий существует т. н. эпитаксиальная температура, ниже которой нарастает только неориентированная плёнка.
Процесс Э. обычно начинается с возникновения на подложке отдельных кристалликов, которые срастаясь (коалесцируя) друг с другом, образуют сплошную плёнку. На одной и той же подложке возможны разные типы нарастания, например [100] (100) Au//[100] (100) NaCl и [110] (111) Au //[110] (100) NaCl.
Э. широко используется в микроэлектронике (транзисторы, интегральные схемы, светодиоды и т. д.); в квантовой электронике - многослойные полупроводниковые гетероструктуры (см. Полупроводниковый гетеропереход), инжекционные лазеры, в устройствах интегральной оптики в вычислительной технике (магнитные элементы памяти с цилиндрическими доменами) и т. п.
Лит.: Палатник Л. С., Папиров И. И., Ориентированная кристаллизация, М., 1964; их же, Эпитаксиальные пленки, М.,1971.
? А. А. Чернов, Е. И. Гиваргизов.