deposizione epitassiale
deposizione epitassiale
Modalità di deposizione di un materiale solido nella quale l’ordine cristallografico del cristallo in crescita è determinato da quello del substrato monocristallino su cui la crescita ha luogo. Selezionando accuratamente le condizioni operative, risulta perciò possibile controllare la natura e le caratteristiche del solido e del processo di crescita. Si tratta di una tecnica largamente impiegata e destinata ad acquistare sempre maggiore importanza per la preparazione di materiali utilizzati in diversi settori, in particolare quello elettronico e optoelettronico. Con riferimento alla deposizione di un substrato da una fase gassosa che lambisce la superficie del cristallo in crescita, per ottenere epitassia è necessario operare a una temperatura relativamente alta e a pressione atmosferica o leggermente ridotta. Spesso il processo di deposizione è associato a una reazione chimica superficiale in virtù della quale si libera il componente che va ad arricchire la fase solida e vengono rilasciati i componenti volatili che ritornano nella fase gassosa. Un esempio tipico è costituito dalla deposizione del silicio monocristallino a partire dall’idruro di silicio, o silano, attraverso la reazione:
SiH4 → Si(s) + 2H2
dove il deponente (s) indica il solido. Il meccanismo di crescita coinvolge diversi stadi che includono in particolare la diffusione del componente di riferimento dal cuore della fase gassosa alla superficie solida e la reazione che avviene sulla superficie. Un interessante meccanismo superficiale mediante il quale è possibile giustificare la formazione del monocristallo presuppone che la superficie solida sia strutturata attraverso una serie di terrazze separate fra di loro da gradini aventi l’altezza di un atomo. Gli atomi liberati dalla reazione superficiale diffondono sulla superficie in crescita sino a incorporarsi nei siti presenti sui gradini, contribuendo a un aumento regolare del materiale in crescita. Questo meccanismo, formulato da William Burton, Nicolás Cabrera e Charles Frank nella prima metà del Novecento su basi puramente speculative, è stato successivamente confermato sperimentalmente osservando, mediante la microscopia a scansione a effetto tunnel, l’evoluzione della superficie durante il processo di crescita.
→ Silicio