Синтез эпитаксиальных пленок карбида кремния методом замещения атомов в кристаллической решетке кремния (Обзор)

Приведен обзор последних достижений в области роста эпитаксиальных пленок SiC на Si новым методом эпитаксиального замещения атомов подложки на атомы пленки. Изложены основные положения теории нового метода синтеза SiC на Si и приведен обширный экспериментальный материал. Описан механизм релаксации упругой энергии, реализующийся в процессе роста эпитаксиальных пленок SiC на Si новым методом замещения атомов. Метод заключается в замене части атомов матрицы кремния на атомы углерода с образованием молекул карбида кремния. Экспериментально обнаружено, что процесс замещения матрицы протекает постепенно, не разрушая ее кристаллической структуры. Ориентацию пленки задает "старая" кристаллическая структура исходной матрицы кремния, а не только поверхность подложки кремния, как это реализуется при использовании традиционных методик выращивания пленок. Приведено сравнение нового метода роста с классическими механизмами роста тонких пленок. Подробно описана структура и состав выращенных слоев SiC. Излагается новый механизм протекания фазовых превращений первого рода в твердых телах с химической реакцией через промежуточное состояние, облегчающее образование зародышей новой фазы. На примере химического взаимодействия газа CO с монокристаллической матрицей Si вскрыт механизм протекания широкого класса гетерогенных химических реакций между газовой фазой и твердым телом. Показано, что данный механизм роста позволяет выращивать новый вид темплейтов, т. е. подложек с буферными переходными слоями для выращивания широкозонных полупроводников на кремнии. На подложке SiC/Si, выращенной методом твердофазной эпитаксии, удалось вырастить целый ряд гетероэпитаксиальных пленок широкозонных полупроводников, таких как: SiC, AlN, GaN, AlGaN на кремнии, обладающих качеством, достаточным для изготовления широкого класса приборов микро- и оптоэлектроники.