Techniklexikon

Gitterfehlanpassung

Elektronik, HalbleiterphysikOberflächen- und Grenzflächenphysik, 1) Oberflächenphysik: ein Mass für den Unterschied zwischen den Gitterkonstanten zweier Materialien, die in der Heteroepitaxie aufeinander aufwachsen. Für rechtwinklige Elementarmaschen beider Materialien an der Grenzfläche und einer Epitaxieschicht, die dünn ist im Vergleich zum Substrat, ist die Gitterfehlanpassung definiert zu:

, i = x, y,

wobei a die unverspannte Gitterkonstante (Basisvektoren der zweidimensionalen Elementarmasche) von Substrat bzw. Epitaxieschicht  darstellt. Für sehr dünne Epischichten (1-2 Moleküllagen) kann sie auch in Bezug zum Substrat, bei vergleichbaren Dicken beider Systeme relativ zum arithmetischen Mittel der Gitterkonstanten angegeben werden.

Wenn in der Heteroepitaxie zwei Materialien mit Gitterfehlanpassung aufeinander aufwachsen, führt dies zu Verspannungen und, bedingt dadurch, zur Bildung einer Verspannungsenergie. Bei kleinen Gitterfehlanpassungen wächst die Epitaxieschicht zunächst pseudomorph auf. Mit zunehmender Schichtdicke jedoch nimmt die Verspannungsenergie zu, und es wird ab einer sogenannten kritischen Schichtdicke energetisch vorteilhafter, Versetzungen auszubilden.

2) Halbleiterphysik: die Veränderung der Gitterkonstante des Wirtskristalls (z.B. Silicium) durch Einbringung einer hochkonzentrierten Dotierungsschicht (z.B. Bor). Die Gitterfehlanpassung verursacht eine elastische Verzerrung der Siliciumscheibe sowie eine plastische Verformung des Kristallgitters. Diese Effekte kompensieren teilweise die durch die Gitterfehlanpassung entstandenen mechanischen Spannungen im Kristallgitter. Abhängig von der Grösse des dotierten Fremdatoms kann es zu Zug- oder Druckspannungen in der Siliciumscheibe kommen (Abb.). Hochdotiert eingebrachte Schichten werden in der Mikromechanik als Ätzstoppschichten verwendet.

Gitterfehlanpassung: Elastische Verzerrung von Si-Scheiben als Funktion der Dotierstoffkonzentration in der Epitaxieschicht (Epi).