6-1. Film Deposition Methods : Epitaxy, Relaxed, Strained-layer

본 글은 고려대학교 화공생명공학과 하정숙 교수님의 강의록을 참고하였으므로,
이를 상업적으로 이용하면 안되며, 글을 가져가실 때는 꼭 출처와 댓글을 남겨주시기 바랍니다.

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Film Deposition Methods

다른 기판 위에 서로 다른 기능의 layer들을 쌓는 것을 말한다.

 

응용분야 : 

1. large-area를 optical coating을 한다.
2. High-Temp superconductor
3. Micro-nanoeletronics

1. Epitaxy

microscopic processes in epitaxy

• Epitaxy : 기판 위에 symmetry를 유지한채로 박막 성장하는 것이 원래 정의, but 요즘은 그냥 기판 위에 박막이 형성되는 것을 지칭하기도 함.
  • Homo-Epitaxy : Si 위에 Si
    • Epi-Layer은 일반적으로 기판보다 더 결함이 없고, 웨이퍼와는 별도로 도핑 될 수 있다. 이래서 박막 성장을 보통 원한다.
  • Hetero-Epitaxy : Si 위에 다른거
    • direct band gap을 가진다. (기판 위에 다른 원소들이 올라가서 band gap이 형성, 이를 다이오드에 활용한다.)
• fast : adsorption, dissociation of precursors (분자들이 분해되어야 함)
• acitvated : surface diffusion, desorption
• slow : nucleation, growth

cf) Lattice Mismatch in epitaxy

Relaxed, strained-layer Epitaxy

이건 교수님이 알려주셨던 기숙사 두 명의 학생들로 기억하면 좋다.

마음에 안 맞는 사람이 있을 때, 한 명은 참고 기다리다 나중에 터지고,
다른 한 명은 처음부터 화내고 나중에 인정하고 지낸다.

이를 epitaxy에 적용할 수 있다.

• (1) Relaxed Epitaxy
  • Edge Dislocation이 생긴다. 처음 formation을 할 때는 결점이 있다.
  • 하지만, 시간이 지날수록 defect를 수용한 채로 formation 되어 각각의 symmetry를 구성한다.
• (2) Strained-layer Epitaxy
  • 두 개의 서로 다른 원소들이지만, 같은 구조를 가진 채로 자란다. 이 때 기판 위에 존재하는 원자는 보통 기판의 원자보다 크다.
  • 하지만, 나중에 substrate 위에 film이 비대칭으로 growth를 하여 다 자라지 못한다. (불안정하기 때문에)
  • critical thickness 인 $t_c$에 따라서 island가 되기도 안 되기도 한다.
  • 따라서 film이 형성이 되는 것이 아니라, island가 드문 드문 형성이 된다.
• (3) critical thickness : $t_c$

- $x$ : Ge 의 분율
- Ge 분율이 작다면, Si위에는 Si 가 무한대로 올라갈 수 있다.
- Ge 분율이 1에 가깝다면, Si 위에는 Ge 가 못 올라간다.
- 이러한 과정들을 그래프 하나에서 다 설명하고 있다.