Epitassiale, deposizione

Deposizione su una superficie monocristallina di un solido a partire da un componente fluido, condotta in modo tale da mantenere la struttura monocristallina della matrice. Spesso è accompagnata dalla decomposizione delle molecole di uno dei componenti presenti nella fase fluida. La deposizione e. può essere realizzata in un ambiente di reazione chiuso in cui sia presente un gradiente di temperatura; il materiale da depositare viene fatto evaporare da una sorgente posta in una zona calda mentre il processo di ‘condensazione’ ha luogo in una zona più fredda. Il processo può anche aver luogo in un ambiente aperto nel quale il materiale da depositare viene trasportato in fase vapore da un gas che avvia i costituenti in una zona dove le condizioni termiche favoriscono la deposizione.

Un’altra tecnica che permette la cristallizzazione di strati sottili è l’evaporazione sotto vuoto. Tale metodo è generalmente usato per i metalli e in qualche caso, a seconda delle applicazioni, per alcuni materiali semiconduttori e isolanti. L’evaporazione sotto vuoto consiste nello scaldare il materiale tramite un filamento incandescente e nel portarlo alla fase vapore; il substrato, che si trova a una temperatura notevolmente più bassa, permette la sublimazione del vapore in forma cristallina. Solo scegliendo opportunamente la temperatura del substrato si possono ottenere strati e. monocristallini.

Una versione estremamente sofisticata di questa tecnica è la crescita e. (o epitassia) a fasci molecolari, particolarmente utile nel caso dei semiconduttori per ottenere giunzioni di materiali con diverso drogaggio e di diffuso impiego nella realizzazione di transistori al silicio e di circuiti integrati. Il processo comunemente adottato consiste nella deposizione di atomi provenienti da fase gassosa su una sottile lamina di silicio fortemente drogata (substrato): se la temperatura del processo è opportuna (intorno ai 1200 °C) e rigorosamente controllata, l’accrescimento del cristallo avviene regolarmente, secondo un reticolo ordinato. La fase gassosa è normalmente costituita da tetracloruro di silicio e idrogeno puro, in adatte percentuali, oltre che da un composto volatile dell’impurità prevista per il drogaggio; la deposizione degli atomi di semiconduttore è dovuta alla riduzione del tetracloruro per effetto dell’idrogeno. Lo strato accresciuto, detto strato e., a drogaggio notevolmente uniforme, ha tipicamente spessore molto ridotto (di solito, inferiore al centesimo di mm) rispetto a quello del substrato; spessori intorno al decimo di mm danno luogo a deformazioni reticolari degli strati interni.

Formalmente analoga, anche se meno comune, è la realizzazione di una giunzione e. con il germanio. Nei transistori e nei circuiti integrati, al silicio, il drogaggio differente delle diverse regioni è di solito ottenuto successivamente mediante diffusione planare nello strato epitassiale.