Tecnologías epitaxiales de crecimiento de cristales semiconductores

Tecnologías epitaxiales de crecimiento de cristales semiconductores

El término epitaxia (del griego epi, sobre, taxis, orden) apareció por primera vez hace aproximadamente 50 años. Este término se refiere a un proceso de crecimiento orientado de una película sobre un substrato, que puede ser del mismo material que la película (homoepitaxia) o bien de un material diferente (heteroepitaxia). A los procesos de cristalización de películas sobre la superficie de un substrato se les llama, en forma genérica, métodos de crecimiento epitaxial de cristales. En la tecnología actual de crecimiento de heteroestructuras láser las técnicas de crecimiento epitaxial son utilizadas de manera extensiva. Estas técnicas ocupan un lugar muy importante en la tecnología de semiconductores relacionada con el diseño de circuitos integrados,así como de dispositivos semiconductores entre los que se cuentan fotodetectores, fotodiodos y transistores de alta frecuencia. Dependiendo de la forma de transportar el material a crecer desde la fuente hasta el substrato, todos los procesos epitaxiales se dividen en tres tipos: (a)epitaxia por fase líquida, (b) epitaxia por fase gaseosa, (c) epitaxia por haces moleculares.
Hoy en día todos estos procesos son utilizados en el crecimiento de los más diversos dispositivos y estructuras semiconductoras. Por otro lado, también son útiles en la búsqueda de nuevos materiales semiconductores. Debido a que cada uno de estos procesos tiene una serie de particularidades muy específicas, su análisis detallado se realiza en este artículo..

La epitaxia o crecimiento epitaxial es uno de los procesos en la fabricación de circuitos integrado.

A partir de una cara de un cristal de material semiconductor, o sustrato, se hace crecer una capa uniforme y de poco espesor con la misma estructura cristalina que este. Mediante esta técnica se puede controlar de forma muy precisa el nivel de impurezas en el semiconductor, que son los que definen su carácter (N o P). Para hacer esto se calienta el semiconductor hasta casi su punto de fusión y se pone en contacto con el material de base para que, al enfriarse, recristalice con la estructura adecuada.

Hay varios métodos:

• Crecimiento epitaxial en fase vapor (VPE).
• Crecimiento epitaxial en fase líquida (LPE).
• Crecimiento epitaxial por haces moleculares (MBE).

La tecnología de sensores basada en materiales semiconductores que puedan funcionar a temperatura ambiente es un área de interés relevante en el campo de la investigación, la medicina [y la industria. Se pueden considerar un gran número de aplicaciones donde estos materiales pueden ser utilizados, en particular en el campo de detección de rayos X y radiación gamma para medicina nuclear, seguridad y no proliferación de materiales dañinos, aplicaciones medioambientales, etc.

Entre los materiales semiconductores que potencialmente tienen alto número Z, gap de banda ancho y propiedades eléctricas aceptables, los que proporcionan mejores resultados tecnológicos son los que pertenecen a la familia II-VI basados en Cd(Zn)Te [4],los únicos que han demostrado estar lo suficientemente desarrollados como para poder ser aplicadso en disciplinas que requieren un alto nivel de fiabilidad es el compuesto CdxZn1-xTe [5-8]. Esta familia de materiales específicos II-VI combinan propiedades excelentes como para ser los mejores candidatos a sensores por:

- su alta sensibilidad como consecuencia de los valores altos en los productos de

vida media y movilidad, (τ·μ),

- su alta resolución en energías como consecuencia de la energía de par electrónhueco

de 4.41 eV,

- su razonable madurez en la tecnología microelectrónica requerida para la tecnología de sensores, etc... que hacen en resumen que esta familia de materiales sean los mejores candidatos para la tecnología de sensores. En este contexto, la familia de CdTe puede contribuir a mejorar aspectos críticos como son la reducción de la dosis en el paciente y la visualización de alto contraste.

Nanoparticulas de SiO2

Otro método muy prometedor para fabricar substratos nanoperfilados, que empezamos a estudiar muy recientemente, es la deposición de nanoparticulas de SiO2 sobre obleas de Si mediante un tratamientos químicos. Con microscopia de fuerzas atómicas AFM determinamos el tamaño de grano y la forma de una distribución superficial de un substrato de Si al que hemos depositado nanoparticulas de Si02, mediante un tratamiento químico. También determinamos el tamaño de grano y la forma cuando la distribución de nanocristales sea superficial.

Crecimiento epitaxial de columnas de Cd(Zn)Te en alúmina porosa

La epitaxia en fase de vapor (VPE) de CdTe y Cd1-xZnxTe también se lleva a cabo para investigar el crecimiento de columnas nanoestructuradas de Cd(Zn)Te, las cuales pueden servir como base para micro-pixels utilizables en detectores de rayos X –y gamma, con alta resolución en imágenes. Se ha demostrado la posibilidad de crecer nanoestructuras de "Cd(Zn)Te en alúmina porosa" por crecimiento VPE, en un rango de temperaturas entre (600-850)ºC [13]. Los cristales de Cd(Zn)Te integrados en alúmina porosa tienen propiedades PL compatibles con materiales en volumen y capas epitaxiales. SEM ampliadas de la sección transversal de "Cd(Zn)Te en alúmina

porosa". En la micro-escala (FIGURA 5A), observamos como algunos de los poros están rellenos

monolíticamente con Cd(Zn)Te (flecha A) mientras que otros están rellenos de dendritas de Cd(Zn)Te, como cristales. Esta peculiaridad, se ve mejor a nano-escala (FIGURA 5B), y sugiere la necesidad de utilizar algunos procesos post-growth para mejorar la calidad cristalina de estas estructuras.

Bárbara Scarlett Betancourt Morales 

CAF

.

---