Laboratório

A fabricação controlada de camadas finas de materiais semicondutores de alta perfeição cristalina requer a aplicação de técnicas de crescimento epitaxial, isto é, crescimento de camadas orientadas sobre a superfície bem ordenada de um material cristalino (substrato). O ordenamento da célula unitária na camada que está sendo crescida é predeterminado pela estrutura do substrato. Técnicas de crescimento epitaxial tem sido refinadas nos últimos 20 anos, especialmente para materiais semicondutores III-V, as quais são agora utilizadas na fabricação de dispositivos opto-eletrônicos e dispositivos eletrônicos de alta frequência. No Laboratório de Crescimento de Nanoestruturas Semicondutoras utiliza-se o método de Epitaxia por feixes moleculares (EFM) para o crescimento de camadas cristalinas extremadamente finas de semicondutores e metais, assim como também de estruturas artificiais formadas por camadas através de feixes moleculares ou atômicos como pontos quânticos.

A figura a seguir mostra esquematicamente o princípio básico da epitaxia por feixes moleculares para semicondutores III-V GaAs, AlxGa1-xAs, InxGa1-xAs e InxAl1-xAs. O processo de crescimento é baseado na reação térmica de feixes moleculares não-ionizados dos elementos constituintes, com por exemplo um substrato de GaAs orientado. Este substrato é aquecido a uma temperatura tipicamente entre 500-600 oC. Para esse intervalo de temperatura as espécies que estão chegando dos feixes moleculares podem reagir umas com as outras, e os átomos podem migrarem suficientemente rápido para seus sítios na rede, minimizando assim a formação de defeitos. Os feixes moleculares são gerados pela evaporação dos elementos Gálio (Ga), Alumínio (Al), Índio (In) e Arsênio (As) em pequenas células de efusão. As impurezas de dopagem são geralmente Berílio (Be) para o tipo p e Silício (Si) para o tipo n, as quais são importante para o ajuste das propriedades elétricas dos semicondutores III-V.