Física de Semicondutores. Segunda aula
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- Vitória Carmona Santos
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1 Física de Semicondutores Segunda aula
2 Aula anterior: Classes de semicondutores: elementos Si, Ge, C compostos III-V (GaAs, InP, GaN,..), II-VI (CdTe, ), IV-IV (SiC, ), e também ligas ternárias (e.g. Al x Ga 1-x As) e quaternárias (e.g. Al x Ga y In 1-x-y As) óxidos ZnO, Cu 2 O, orgânicos polímeros conjugados, nanotubos de carbono, grafeno, magnéticos GaMnAs, Cd x Mn 1-x Te, EuS, em camadas PbI 2, GaSe, amorfos a:si (células solares) outros
3 Aula anterior estrutura blenda de zinco (zinc blende): ZnS cúbico pode ser vista como duas redes fcc deslocadas de ¼ da diagonal do cubo estrutura do GaAs, AlAs, InP, InSb, PbS,
4 Aula anterior estrutura diamante: carbono cristalino estrutura do Si, Ge, diamante,
5 Aula anterior estrutura wurtzita: hexagonal célula primitiva do GaN estrutura usual do GaN, AlN (podem também cristalizar na estrutura de blenda de zinco)
6 Principais processos de crescimento de semicondutores crescimento bulk (cristais volumétricos) Bridgman temperatura
7 Principais processos de crescimento de semicondutores crescimento bulk (cristais volumétricos) Bridgman Bridgman horizontal: cristais em forma de D
8 Principais processos de crescimento de semicondutores crescimento bulk (cristais volumétricos) Czochralski
9 Principais processos de crescimento de semicondutores crescimento bulk (cristais volumétricos) Czochralski principal médoto usado para Si
10 Principais processos de crescimento de semicondutores crescimento bulk (cristais volumétricos) Czochralski
11 Principais processos de crescimento de semicondutores crescimento bulk (cristais volumétricos) Liquid Encapsulated Czochralski - LEC usado para GaAs, InP, encapsulamento necessário devido à alta pressão de vapor do As (ou do P)
12 Principais processos de crescimento de semicondutores processos epitaxiais: permitem um elevado controle do crescimento três processos principais: epitaxia por feixe molecular (MBE) epitaxia de fase vapor (CVD) epitaxia de fase líquida (LPE) possível fabricação de hetero-estruturas semicondutoras filmes finos obtidos com altíssima qualidade
13 Principais processos de crescimento de semicondutores Epitaxia de fase líquida - LPE técnica barata cristais de alta qualidade interfaces não são abruptas (~ 100 nm)
14 Principais processos de crescimento de semicondutores Epitaxia por feixe molecular - MBE técnica muito cara (máquina: > 1 M, um crescimento: ~ 1 k ) crescimento lento (~ 1 m/hora) cristais de alta qualidade interfaces abruptas (1 camada atômica) relativamente fácil de introduzir técnicas de caracterização in-situ (RHEED, espectroscopia de massa, Auger, )
15 Principais processos de crescimento de semicondutores Epitaxia por feixe molecular - MBE
16 Epitaxia por Feixe Molecular (MBE) As Al Ga GaAs, substrato
17 Fabricação de hetero-estruturas semicondutoras Epitaxia por Feixe Molecular (MBE) As Al Ga GaAs GaAs, substrato
18 Fabricação de hetero-estruturas semicondutoras Epitaxia por Feixe Molecular (MBE) As Al Ga AlGaAs GaAs GaAs, substrato
19 Epitaxia por feixe molecular (MBE) dopagem com silício As Al Si Ga n-algaas GaAs, substrato
20 Epitaxia por feixe molecular (MBE) Física UFMG
21 TEM de amostra crescida por MBE
22 Oscilações RHEED para monitorar crescimento S. Martini and A. A. Quivy, Braz. J. Phys. vol.32 (2002)
23 Principais processos de crescimento de semicondutores Epitaxia de fase vapor VPE (ou CVD) relativamente barata (mais cara do que LPE) taxas de crescimento relativamente altas (vários m/hora) problemas com pureza e qualidade do material
24 Principais processos de crescimento de semicondutores Epitaxia de fase vapor metalo-orgânico MOVPE (ou MOCVD) técnica cara (reator: > 1 M, um crescimento: ~ 1 k ) arsina e fosfina altamente tóxicas cristais de alta qualidade e pureza interfaces abruptas, bem definidas
25 Epitaxia por deposição de vapor químico metalo-orgânico (MOCVD) Entrada de gases reator Gases utilizados Grupo III: TM Ga, TM Al, TM In Grupo V: AsH 3, PH 3 Dopantes: SiH 4, CBr 4, substrato Suporte aquecido Controle de: temperatura fluxos gases
26 MOCVD
27 Epitaxia por deposição de vapor químico (MOCVD) LabSem, PUC-Rio
28 Modos de crescimento de hetero-estruturas (Andreza G. da Silva, Tese de doutorado, UFMG 2008)
29 Imagem microscopia eletrônica de transmissão de pontos quânticos auto-organizados crescidos por MOVPE (crescimento: Maurício P. Pires UFRJ, imagem TEM: Sandra M. Landi INMETRO)
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