ATOMİK TABAKA EPİTAKSİSİ(Atomic Layer Epitaxy)

ATOMİK TABAKA EPİTAKSİSİ(Atomic Layer Epitaxy)

Atomik tabaka epitaksisi (ALE), kimyasal buhar biriktirme(CVD) yönteminin özel bir şekli olarak da düşünülebilir. Epitaksial filmlerin kontrollu gelişimini sağlamak amaçlı biriktirme ve katı alt malzeme yüzeyinde biçimlendirilmiş moleküler yapı oluşturma işlemidir. Tek atomlu tabakaların seri halde büyütülebilmesi  ALE’nin karakteristik özelliğidir. Bu yüzden istenen kaplama kalınlığı ancak  işlemdeki seri reaksiyonların sayımıyla elde edilebilir. Seri reaksiyonlarla oluşmuş tek katlı yapının yeniden  kurulması belirtinin doyurma mekanizmasını ve doyurma yoğunluğunu etkilemektedir. ALE reaksiyonları normalde “etkili aşırı dozlama “ durumlarında tek atomlu yapıyı oluşturmak için tam doyurma meydana gelmesini kesinleştirir. Bundan başka öylesi “etkili aşırı dozlama” durumları kompleks şekilli alt malzemeler üzerinde homojen bir kaplama yapılmasını sağlamaktadır. Ayrıca ALE’deki bu zincir gaz fazı reaksiyonlarını engellemekte ve reaktan madde seçiminde daha fazla olanak sağlamaktadır. (örnek; tuz benzeri, metalorganikleri vs...) ALE işlemi mükemmel homojenliğe sahip yüksek kalitedeki ince filmlerde biriktirmede kullanılabilmektedir.

ALE işlemi atmosfer basıncı veya CVD’deki gibi inert gazların (hareketsiz gaz) kullanımında ya da moleküler dalga epitaksisindeki gibi vakumlu sistemlerde uygulanabilmektedir. Vakum kullanımı bölüm 10’da tanımlandığı gibi in-suti yüzey analiz metodlarında çeşitlilik sağlamaktadır. [271-273]. Ale işlemindeki ayrıntılı incelemede reaktan ve reaktör kullanımından söz edilmiştir.[274]. ALE işlemi sırasındaki  film gelişme hızındaki teorisel evrim Park et al tarafından araştırılmıştır. Çok küçük kaplama değişimindeki genel düşünceyi kullanıyordu.[275]. Absorblama miktarının her elementin yüzeyde kapladığı yerle bağlantılı olduğu bulundu. Model şunu doğrulayabilir; “yüzey kaplamasının periyodik biriktirme süresince olan periyodik sınır durumu, başlangıç alt maddesinin film biriktirmesinden hala etkilendiği geçiş periyodundan sonra doymaktadır.”

ALE’yi diğerlerinden ayıran özelliği kristalin bileşik tabakası, kompleks tabakalı yapıların,[276] süper kafeslerin[277,278], ve kusursuz yüzeye sahip alaşımların kusursuz büyümesini sağlayan cazip bir method olmasıdır. ALE önceleri polikristalini, ZnS’in ince amorf yapısını, elektro-parlak görüntü aletleri için dielektrik oksitlerin büyümesini sağlamak için geliştirilmişti. Bu günlerde ALE metodları kullanılarak çok geniş alanda ince filmler sentez edilebilmektedir. Bunlar yarı-iletken  III-V [280-283], II-VI [284-286], oksitler [295,287-289], nitratlar [290-291], kovalent malzemeler[292], fosfatlar [293] ve metalik filmler [294].

ALE işlemi iyi uyumlu kaplamalı film üretebilir ve nanometrenin altındaki değerlerde film tabakasını doğru bir şekilde kontrol edebilir. Diğer yöntemlerde olmayan bu avantajı, bu yöntemi nano -teknoloji için çok değerli bir hale getiriyor. ALE’nin yetenekleri ve nano teknolojide ALE kullanımına karşı görüşler tartışılmıştır[295]

Mukai et al[296], büyüme kontrolunde ALE kullanımı ve bu nedenle kendi yapısındaki In0,5Ga0,5As/GaAs kuantum noktalarında  kuantum sınır potansiyeli üzerinde araştırma yaptı. Noktalar (InAs)/GaAs)  belirtilerinin değişimli beslenmesi ile büyüme sağlanır. Besleme periyotlarının sayısı 9 dan 30 a çıkarıldığı zaman, nokta boyutu 20’den 32 nm  çapa yükselir ve foto-parlatma (PL) daha düşük bir enerjiye gönderilir.

Englemannn et al[297] ALE yöntemini CdSe/SrS multi-kuantum kaynak sistemlerinin imalatında kullanmıştır. Bunlar yerel bir sınıf olup suni fosforun kuantum kaynakları tarafından harekete geçirilip elektro-parlak görüntüyü sağlarlar. Kuantum kaynakları(QWs) yüksek yarıklı malzeme içerisine iyice yerleştirilir ve ışınlanmış merkezler gibi davranırlar. Çeşitli QW derinliklerinde çalışılmıştır. [3-15 nm) Qw derinliklerinde azallma emisyonu kısa dalga boylarına doğru kaydırır ve emisyon spektrumu birçok uç gösterir.  Birkaç QW seviyesinden geçtikten sonra sonuçlanır.

Nano seviyesindeki ince tabakalar 3-20 nm kalınlığında Ta2O5-ZrO2, Ta2O5-Al2O3 gibi 2 veya 3 farklı oksit malzemeler içerirler. Bunlar da ALE metoduyla üretilir. Bu nano seviyesindeki ince tabakalardaki sızıntı akımı konveksiyonel dielektrik filmlerine oranla önemli derecede azaltılmıştır.

ALE’nin diğer uygulama özelliği ise heterojen katalizörler için kullanılan geçirgen desteklerin imalatı süresince , geçirgen malzemenin mikro gözeneklerinde biriktirme işlemlerinde ve iyi uyumlu kaplama özelliklerinde mükemmel bir bir başarı sağlanmasıdır. [298]. Silikon matriks gibi diğer geçirgen  malzemelerde  ALE  yöntemi kullanılarak  uyumlu kaplama eldesi açıklanmıştır. [269-299]. Örneğin geçirgen alt matris içinde Ale yöntemiye biriktirilmiş kalay oksit ve galyum oksit’in homojen dağılımı Rutherford tarafından ortaya çıkarılmıştır.

ALE ayrıca çok katmanlı yığılmış elektro-parlak aletlerin üretiminde kullanılır. Bu aletler seri halde, biri diğerinin üzerine yığılmış çift yalıtkan tabakalı parlak birimler içerirler. Saydam elektrotlarla birbirinden ayrılırlar ve değişimli olarak zıt yönlere hareket etmeye eğilimlidirler. [300] Dizaynı, yönlendirme voltajını ve toplam fosfor kalınlığının bağımsız kontrolünü  sağlamaya izin vermektedir. Yönlendirme voltajı sadece tek fosfor tabakası kalınlığına bağlı iken toplam fosfor kalınlığı ve böylece toplam parlaklığı katman sayısı arttırılarak arttırılabilir. ALE tarafından imal edilen ilk örneklerde ve eşdeğer  devle analizlerindeki bildirimlerde bu durum gösterilmiştir.

AIP ve GaP ALE  ilk önce çok katmanlı x-ışını  aynalarında kullanılmaktadır. Ele2nin katman-katman büyüme türü , kesin ve doğru olarak çok katlı aynaların dalga boyu yansımasının kontrolünü sağlamaktadır. % 10 fazla yansıtma özellikli AIP/GaP çok katmanlı aynalar ALE yoluyla gerçekleştirilmiştir.