Teorías para el cálculo del espesor crítico y la deformación residual

Abstract

Una necesidad de la industria microelectrónica ha sido la integración de materiales semiconductores con propiedades de interés en los sustratos comerciales, con el fin de obtener estructuras monolíticas. Así, antes de fabricar obleas de GaAs se intento crecer GaAs sobre substratos de Si, que era una tecnología mucho más establecida o se ha intentado la integración de capas de InGaAs sobre substratos de GaAs. El problema de todas estas heterouniones es la diferencia entre el parámetro reticular de los sustratos comerciales y las epicapas con propiedades especificas que se pretenden integrar. Esta diferencia de parámetro reticular entre capas semiconductoras produce un aumento de la energía elástica del sistema que a partir de un cierto nivel da lugar a la aparición de dislocaciones, que denominaremos de desajuste, que se sitúan en la intercara entre las capas. La formación de estas dislocaciones, y en especial de las dislocaciones de propagación como consecuencia de la interacción entre las DD produce, en general, un deterioro de las propiedades eléctricas y/o ópticas de los dispositivos. Es por este motivo que el estudio de la formación, multiplicación y propagación de dislocaciones en heteroestructuras semiconductoras ha suscitado una importante investigación desde hace décadas. En este curso se pretende dar una visión general de los modelos y teorías aparecidas en la bibliografía científica para explicar las etapas del estado de tensiones que ocurre durante el crecimiento epitaxial de epicapas semiconductoras. En primer lugar hablaremos del concepto de coherencia y semicoherencia de capas epitaxiales. Durante el crecimiento de una película, las primeras monocapas presentan un crecimiento pseudomórfico (coherente) ajustándose al parámetro reticular del sustrato. El estado de deformación y la energía de coherencia son los parámetros estudiados en esta sección. En segundo lugar, estudiaremos la fase de semicoherencia, donde se produce la formación de las dislocaciones de desajuste. Esta fase, donde se produce la relajación plástica, la dividiremos en tres etapas: primera, nucleación de las primeras DD; segunda, donde se produce una multiplicación de las DD que da lugar a una relajación plástica rápida, y tercera, una etapa final de relajación plástica lenta, que se corresponde por analogía a la etapa de endurecimiento mecánico estudiada en metales.