tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
קיימות שני סוגי מאפיות מצות: מאפיות של "מצות יד" (הנעשות באופן ידני), ומאפיות של "מצות מכונה" (מצות הנעשות באמצעות מכשור ומכונות אוטומטיות או חצי אוטומטיות).
אפילו חרב חדה מונחת על צווארו של אדם אל ימנע עצמו מן הרחמים הוא פתגם עברי שמקורו בדברי האמוראים.
משמעות אמרה זו היא שגם בעת צרה וסכנה גדולה אין לאדם להתיאש, ועליו להתפלל ויוכל על ידי כך לשנות את גזר דינו, קשה ככל שיהיה.
בתלמוד הבבלי מיוחסת אמרה זו לחזקיהו המלך שאמר אותה בשם דוד המלך.
בתלמוד הבבלי, במסכת ברכות, מובא שחזקיהו המלך חלה ונטה למות, בא אליו ישעיהו הנביא לבקרו, ואמר לו שהוא ימות: "ויאמר אליו: כה אמר ה', צו לביתך, כי מת אתה ולא תחיה!".
לאחר דין ודברים ביניהם, אמר ישעיהו שלא יעזור לו דבר כי "כבר נגזרה עליך גזירה".
בשלב זה חזקיהו ענה לישעיהו: "בן אמוץ, כלה נבואתך וצא.
כך מקובלני מבית אבי אבא, אפילו חרב חדה מונחת על צוארו של אדם, אל ימנע עצמו מן הרחמים".
חזקיהו לא התייאש, התפלל, והחלים ממחלתו לחמש עשרה שנים נוספות של מלכות.
בהמשך בהמלצת גד הנביא, דוד הולך לקנות את גורן ארונה היבוסי, בונה שם מזבח ומקריב שם קורבנות, ואכן המגפה נעצרה.
רבי חיים בן עטר מדגיש שהמדובר הוא אפילו על החרב החדה של מלאך המוות, והיינו אפילו אם נודע לו שמשמים נגזר דינו למיתה עליו להתפלל משום שיוכל על ידי כך לשנות את גזר דינו.
מתי מותר להתפלל שחולה ימות
ישנם פוסקים שסייגו זאת והתירו להתפלל על חולה שימות אם הוא מתייסר בייסורים, אך יש שאסרו לקרובי המשפחה להתפלל תפילה שכזו אלא עליהם לעולם להתפלל לרפואת החולה.
אפימול סיטי הוא מרכז קניות, שנמצא ב"מוסקבה סיטי", מרכז העסקים הבינלאומי של מוסקבה.
מתחם הקניות והבידור "אפימול סיטי" ממוקם בחלק המרכזי של ליבת מוסקבה סיטי.
הקניון מחולק לארבעה אזורים המשקפים רעיונית את עונות השנה.
נפח המתחם נוצר על ידי נפחי 4-מודולים חזיתיים בני 5 קומות.
הקניון כולל אזור קניות ותערוכות, בילויים, פארק, משטח החלקה, תערוכות, בתי קייטרינג, מתחמי קניות ובילוי, גלריות, מסעדות.
חלל הבילוי העיקרי מכוסה בכיפת זכוכית.
"אפילו לדקה" הוא סינגל שהוקלט על-ידי הזמרת והשחקנית הישראלית שירה לוי.
השיר יצא לאור ב-19 בנובמבר 2019, על-ידי חברת התקליטים NMC.
השיר נכתב על-ידי נעם חורב, הולחן על-ידי עמרי קסטן וחן מצגר-אדר, שגם הפיק אותו מוזיקלית.
השיר, שהוא סינגל הבכורה שלה כזמרת סולו, מספר על תחושותיה וחווייתה הפנימית של לוי בהתמודדותה עם התאבדותו של אביה בשל מחלת הדיכאון.
לוי מספרת כי ידעה תמיד שביום מן הימים תמצא דרך להנציח את אביה ולהעלות את מחלת הדיכאון וחשיבותה לשיח הציבורי.
נועם חורב, אשר כתב את מילות השיר, סיפר כי בעת העבודה עליו ביקש מלוי לכתוב מכתב לאביה, אשר מגולל את תחושותיה - ולשלוח אותו אליו.
חורב סיפר כי לאחר קריאת הפזמון שכתב בהשראת מכתבה שלה, התרגשה לוי עד מאוד וזיהתה עצמה בכל מילה ומילה.
השיר זכה להצלחה מרשימה, הושמע רבות בתחנות הרדיו בישראל, וכן זכה לשבחים מהמבקרים.
בין היתר, הודגשו ביצועה הקולי של לוי והמסר העוצמתי הטמון בשיר.
לאור השפעתו של השיר, והעלאתו את נושא האובדנות לדיון הציבורי - במיוחד בקרב בני נוער - הוזמנה לוי לבצעו בכנסת ישראל במסגרת ציון יום האובדנות.
הווידאו קליפ המלא שיצא עבור השיר, בוים על-ידי אמיל בן שמעון והועלה לערוץ היוטיוב של לוי ב-19 בנובמבר 2019. במאי הקליפ ביקש להעצים את המסר החשוב שבשיר, שכן לא פעם נוטות משפחות המתמודדות עם התאבדות להימנע משיח על הנושא מתוך בושה.
לשם יצירת תחושת ההזדהות והעצמת המתמודדים השונים, הוזמנו להשתתף בקליפ ילדים מעמותת "בשביל החיים" שאיבדו גם הם את יקיריהם ממקרי התאבדות שונים.
נכון למאי 2023, מונה הצפיות של הקליפ עומד על למעלה ממיליון צפיות.
אֶפִּיטַקְסיָה (Epitaxy) היא תהליך מיוחד של גידול גבישים הקיים במינרולוגיה ובטכנולוגיה, שבו גדל (single crystal) מסוג כלשהו על גבי גביש אחר.
לגביש או הגבישים החדשים יש כיוון גבישי, אחד או יותר, מוגדר היטב ביחס לגביש האחר עליו הם מגודלים.
בצורה זו, גביש הבסיס מהווה גלופה לגביש האפיטקסיאלי המגודל עליו.
כתהליך של גידול גבישים מעורב באפיטקסיה מעבר פאזה ממצב בלתי מסודר כלשהו, לפאזה מוצקה מסודרת מאוד בצורת גביש יחיד עם פגמים מועטים.
מעבר פאזה זה מתרחש בפני השטח של המוצק הַגָּדֵל, ולכן צורתו של משטח זה חשובה ביותר, הן להתקדמות הגידול, והן לתכונות הגביש האפיטקסיאלי.
כל תחום מדעי, טכנולוגי או תעשייתי המשתמש בשכבה או בשכבות גבישיות דקות (עד כדי, אפילו, תת-שכבה אטומית) על גלופה תומכת, זקוק למעשה לאפיטקסיה.
יתרה מכך, הוכח באופן נרחב שלטכנולוגיות גידול אפיטקסיאליות יש יתרונות על פני גידול גבישים או גידול שכבות דקות שאינן גבישיות, גם במקרים בהם לא היה נראה מלכתחילה שיש צורך בשכבות גבישיות דקות.
בכוחה של האפיטקסיה ליצור מבנים ואף חומרים גבישיים חדשים עם תכונות מיוחדות.
מסיבות אלו נשאה האפיטקסיה על כפיה את של הרבע האחרון של המאה ה-20 ותחילת המאה ה-21: ביניהן טכנולוגיות המידע והתקשורת בסיבים אופטיים.
מהפכות אלו הונעו, ומונעות על ידי שלושה תחומים עיקריים: הנדסת מצעים גבישיים, התקני והכללה (אינטגרציה) של ואלקטרואופטיים.
ואכן, אחד היישומים המסחריים הוותיקים והעיקריים של האפיטקסיה הוא בתעשיית המוליכים למחצה, שבה מגדלים שכבות אפיטקסיאליות של מוליכים למחצה שונים על פרוסות מצע מבודדות או מוליכות למחצה.
אפיטקסיה היא הלחם של שתי מילים מיוונית: ἐπί, אֶפִּי: "על" או "מעל" ו-τάξις, טַקְסִיס: "סידור" או "בצורה מסודרת".
המונח אפיטקסיה נטבע לראשונה, בשנת 1928, על ידי המינרולוג M.
במינרולוגיה המונח אפיטקסיה מתאר את התופעה שהמינרולוגים כינו "אוריינטציה הדדית", שבה גבישים מסוג אחד המשוקעים או גדלים על גבישים מסוג שני, "נדבקים" אליהם באוריינטציה קבועה.
כלומר, הכיוון של תאי היחידה של הגבישים מסוג אחד מתאים תמיד לכיוון מסוים (זהה או שונה) בתאי היחידה של הגבישים מהסוג השני .
בתהליכים טבעיים אלו פועלת האפיטקסיה כך, שמספר גבישים קטנים גְּדֵלִים על גביש גדול במרחק מרחבי זה מזה.
בתהליכי אפיטקסיה טכנולוגיים, לעומת זאת, הגבישים האפיטקסיאליים אינם מופרדים בדרך כלל מרחבית זה מזה, אלא יוצרים שכבה רציפה, בדרך כלל דקה.
לפיכך, ההגדרה הטכנולוגית של אפיטקסיה מצטמצמת לגידול של חד-גביש מסוג כלשהו, בצורת שכבה דקה, על גבי גביש אחר, בדרך כלל עבה יחסית, הקרוי מצע, המשמש לה גלופה.
אם המצע והשכבה האפיטקסיאלית מורכבים מאותו חומר מכנים את הגידול הומואפיטקסיה
אם הם עשויים מחומרים שונים מכונה הגידול הטרואפיטקסיה.
בהומואפיטקסיה מגדלים את השכבה הגבישית על מצע גבישי מאותו חומר.
טכניקה זו משמשת לייצור שכבות עם גבוהה יותר מזו האפשרית ב גבישים של חומר המצע; שכן שכבות אפיטקסיאליות הן בדרך כלל הרבה יותר טהורות מהמצעים הרגילים, המגודלים בשיטות גידול הגבישים המקובלות או .
יישום נוסף הוא ייצור פרופילים רצויים לסימום (אילוח) בחומר.
למשל, מעבר פתאומי בריכוז הסימום, שאינו אפשרי בשיטות קונבנציונליות כמו דיפוזיה ו.
בהטרואפיטקסיה החומר ממנו עשויה השכבה (או השכבות) האפיטקסיאלית שונה כימית מהחומר ממנו עשוי המצע.
זהו המצב העיקרי בשימוש הטכנולוגי, המחקרי והתעשייתי, של השיטה, מפני שכמות החומרים מהם עשויים המצעים המסחריים האיכותיים מוגבלת.
יתרה מכך, לעיתים רוצים לקבל מבנה שבו יש מספר שכבות אפיטקסיאליות שהרכבן שונה.
זהו המצב, למשל, בגידול הטרו-צמתים (heterojunctions) של מוליכים למחצה, שם צורכי ההתקן החשמלי או האלקטרואופטי מחייבים שימוש בתרכובות או בסגסוגות בהרכבים שונים, על מנת להשיג את האפקטים הרצויים.
למשל, לצורך שליטה בזרימת נושאי המטען החשמלי או במעבר האור.
גליום ניטריד (GaN) על ספיר בייצור דיודות פולטות אור (LEDs) בצבע כחול
(AlGaInP) על גליום ארסניד (GaAs) לייצור
(MCT) על סיליקון (Si) לגלאי תת-אדום
יהלום על סיליקון מצופה אירידיום (Ir).
למעשה הומואפיטקסיה טהורה (כשאין כל הבדל בין המצע והשכבה) משמשת בעיקר לחקר מנגנוני הגידול האפיטקסיאלי החופשיים מהבעיות שמתגלות בהטרואפיטקסיה.
בדרך כלל בהטרואפיטקסיה, פרמטר הסריג של הגביש בשכבה אינו תואם בדיוק לזה של המצע, בגלל ההבדלים באורכי הקשרים הכימיים בשני החומרים.
כשהשכבה מאומצת, בכיוון מקביל לממשק מצע-שכבה, כך שפרמטר הסריג שלה זהה לזה של המצע מקבלים פסאודומורפיזם.
במצב זה השכבה מתוחה (או דחוסה), כדי להתאים את המרווח הסריגי שלה עם זה של המצע.
בשכבה נוצר עיבור (strain) שערכו ניתן על ידי רמת האי-תאום, f, בין פרמטרי הסריג של השכבה והמצע:
היכן ש-aL הוא פרמטר הסריג של השכבה ו-as הוא פרמטר הסריג של המצע.
בגלל עיבור האי-תאום משתנה המרווח הבינאטומי בשכבה במקביל לכיוון הגידול: הוא קָטֵן כשקיים עיבור מתיחה, וגָדֵל כשקיים עיבור לחיצה.
אנרגיית העיבור של המערכת כולה עולה עם הגידול בעובי השכבה.
בעובי העולה על עובי קריטי, משתחררת אנרגיית העיבור שנצברה, לפחות חלקית, כך שמתקבלת אי-התאמה בין שני הסריגים.
את האי-התאמה מפצים, בדרך כלל, נקעים בממשק שכבה-מצע, הקרויים נקעי אי-תאום.
נקעי האי-תאום יוצרים רשת של נקעים בממשק מצע-שכבה, אך יצירתם מלווה גם ביצירת סגמנטים של נקעים חוטיים המתפשטים בשכבה הגדלה, ומקלקלים (בדרך כלל) את הביצועים האלקטרו-אופטיים שלה.
הנקעים הם אי-אחידויות מקומיות, הגורמות לזמני חיים קצרים של נושאי המטען בגלל בלתי קורן שלהם, או לאפקטי קצר בגלל סחיפת נושאי המטען על פני הנקעים.
יתרה מכך, אפקטים פייזואלקטריים הקשורים בעיבורים מקומיים יכולים לשנות את התכונות האלקטרוניות של השכבה הגדלה.
כמו כן, מסממים יכולים לשקוע על פני הנקעים, או שהנקעים יכולים לשנות במידה ניכרת את מאפייני הדיפוזיה של המסממים.
דגרדציה מהירה של התקנים קשורה לעיתים קרובות לפעולה של נקעים.
הדרכים להשגת הטרואפיטקסיה מופחתת נקעים (לפי ירידת יעילות ההפחתה):
גידול סגסוגת שפרמטר הסריג שלה זהה לפרמטר הסריג של המצע.
גידול סריגי-על (superlattices), שבהם יש שכבות שונות המתחלפות לסירוגין שפרמטרי הסריג שלהם מאזנים אחד את השני, כך שבממוצע יש למבנה פרמטר סריג כשל המצע.
גידול שכבת סינון נקעים (dislocation filter layer - DFL) - סינון הנקעים מבוסס על תוספת עיבורי אי-תאום (ביחס לבאפר), על ידי שכבות הסינון הדקות, המניעים את הנקעים החוטיים, כך שיוכלו להיפגש אחד עם השני, ולהגיב תוך הקטנת כמותם.
גידול שכבה חוצצת שפרטר הסריג שלה משתנה בהדרגה (באפר מדורג, Metamorphic graded buffer - MGB), על ידי שינוי מדורג של הרכב הסגסוגת הבונה את השכבה החוצצת.
גידול שכבה חוצצת עבה עם פרמטר סריג קבוע.
שיטה נוספת היא גידול השכבה האפיטאקסיאלית על מצע שהוכנו בו תבניות תלת-ממדיות, כבליטות או שקעים.
צורה נוספת של הרפיה של עיבורי האי-תאום היא יצירת איים תלת-ממדיים על פני השטח (ללא או עם תוספת של נקעי אי-תאום).
במקרה זה מורפים העיבורים על ידי יצירתן של הפאות הנוספות באיים, אם סכום האנרגיות החופשיות של הפאות נמוך מהאנרגיה החופשית של פני השטח המישוריים, בתוספת אנרגיית העיבור.
זה מוביל לשלושה אופני גידול עיקריים בהטרו-אפיטקסיה: גידול – (Frank – van-der-Merwe, FM), – פולמר-וובר (Volmer – Weber, VW), וגידולי איים על – (Stranski – Krastanov, SK).
כשהאי-תאום בין פרמטרי הסריג של השכבה והמצע אפסי, לא מתפתחים עיבורים בשכבה, ואפשר לגדל אותה בעובי ניכר, ולהישאר כל העת במנגנון שכבה-אחר-שכבה (FM).
כך תתקבל שכבה רציפה, חלקה ואיכותית.
כשקיים אי-תאום סריגי, התחלת הגידול תהיה במנגנון FM, כי רמת העיבור בשכבה עדיין נמוכה.
אבל בעובי מסוים, ההולך וקָטֵן ככל שהאי-תאום גָדֵל, השכבה לא תוכל לשאת יותר את העיבור שהתפתח בה, והוא ישתחרר על ידי יצירת איים תלת-ממדיים.
השכבה הרציפה בהתחלת הגידול קרויה שכבת הרטבה, ואופן הגידול כולו הוא איים על שכבת הרטבה – SK.
כשדרגת האי-תאום גבוהה מכדי שתוכל לגדול שכבה דו-ממדית רציפה, הגידול מתקדם מיד על ידי גידול איים תלת-ממדיים – VW.
בהמשך הגידול באופני SK ו-VW גדלים האיים, בדרך כלל במנגנון של הבשלת אוסטוולד: איים קטנים נובלים, והגדולים גְדֵלִים עוד יותר.
בסופו של דבר האיים יתמזגו אלו עם אלו ליצירת שכבה רציפה אך מחוספסת, שבה יש צפיפות נקעים גבוהה עד כדי באתרי ההתמזגות של האיים.
מפני שאפיטקסיה היא תהליך של מעבר פאזה, התרמודינמיקה של הגידול האפיטקסיאלי היא בעיקרה התרמודינמיקה של שיווי-המשקל בין פאזת (או פאזות) הצובֶר המעובה (bulk condensed phase) המסודר, ובין פאזת ההזנה הבלתי מסודרת.
תכונות אלו קובעות את הלחץ והטמפרטורה שבהם הפאזות השונות או תערובות הפאזות יציבות פחות או יותר האחת ביחס לאחרת.
כך הן קובעות למעשה אם בכלל יתרחש גידול אפיטקסיאלי.
הן קובעות את , מרחב תנאי הגידול שבתוכו הגידול האפיטקסיאלי מועדף על פני ההתפתחות של פאזות בלתי רצויות.
בתיאור זה העניין הוא ב ההתחלתי והסופי, להבנת התחרות התרמודינמית בין הטרנספורמציות האפשריות השונות.
עם זאת, בסופו של דבר, כל הטרנספורמציות האלו מושפעות על ידי תהליכים קינטיים, המתרחשים בעיקר על פני השטח.
לפיכך, הדרכים שבהן יכולות הטרנספורמציות להתקדם תלויות במידה קריטית בתכונות פני השטח.
תהליך הגידול בהומו- ובהטרו-אפיטקסיה מונע על ידי הניידות של הצורנים (אטומים, מולקולות או יונים) על פני השטח הגבישיים שעליהם הוא מתרחש.
הניידות הזו תלויה בתכונות הצורנים, בתכונות פני שטח של הגביש ובתנאי הגידול.
כשהיא נמוכה (כמו בריבוץ, למשל שיקוע אדים פיזיקלי ) האטומים המגיעים לפני השטח של המצע או השכבה הַגְּדֵלָה, "נדבקים" במקומם ללא יכולת לזוז; הגידול הוא אקראי, ואיננו אפיטקסיאלי.
כשהטמפרטורה גבוהה מספיק, האטומים, שנוחתים על פני השטח ונספחים אליו (ומרגע זה נקראים, על כן, ), יכולים לנדוד עליו, ולהצטרף לשכבה הַגְּדֵּלָה במקום מועדף אנרגטית, המוכתב על ידי המצע (כולל פגמיו).
תהליך הגידול של הסריג הגבישי האפיטקסיאלי מונע על ידי מזעור האנרגיה, המתקבל כאשר האדאטומים מגדילים את כמות הקשרים הכימיים שלהם עם קישורם למוצק.
השפות לא חייבות להיות ישרות, הן יכולות גם להיות מפותלות, כך שלאורכן יש ברכיים ().
המרחק בין שפות המדרגות יכול להיות קבוע או משתנה, וגובה המדרגות יכול להיות (מדרגות מונו-מולקולריות) או יותר (מדרגות מקובצות).
בשפות המדרגות, ועוד יותר בברכיים, יש קשרים כימיים פתוחים, כך שהם מהווים אתרים מועדפים ללכידת האדאטומים הניידים על פני השטח, ובכך מקדמים את גידול הגביש.
גידול איים דו-ממדיים והתמזגותם (2D-IG)
בפני שטח סינגולריים נעדרי פגמים קשה לאדאטומים "המטיילים" על פני השטח להצטרף לגביש.
אבל אם בנקודה מסוימת צפיפותם גבוהה מספיק, הם יכולים להתלכד לאי דו-ממדי קטן שגובהו שכבה מולקולרית אחת.
אי זה מהווה אתר התגרענות להמשך הגידול, ואדאטומים נוספים נלכדים בהיקפו.
התרחבות האי עדיפה מבחינה אנרגטית על פני התגרענות של אי נוסף.
בסופו של דבר האיים המתרחבים פוגשים האחד את השני ומתלכדים/מתמזגים ליצירת חד-שכבה שלמה.
התהליך חוזר על עצמו שכבה-אחר-שכבה (אופן גידול פרנק-ון דר מרווה – FM).
צורת גידול זו שכיחה בהומו-אפיטקסיה ובהטרו-אפיטקסיה עם אי-תאום סריגי נמוך מאוד, כאשר הטרסות רחבות מספיק.
על מצעים ויסינליים לא נוצרים, בדרך כלל, איים דו-ממדיים בתנאים המאפשרים גידול שכבה-אחר-שכבה, אלא הגידול מתרחש באופן אחר: זרימת מדרגות (Step Flow – SF): אם רוחב המדרגה קטן או שווה למרחק הדיפוזיה של האדאטום, אז בתנאי גידול רגילים יכולים האדאטומים לפעפע עד לשפת המדרגה ולהילכד בה.
הגידול מתקדם על ידי התרחבות קבועה של המדרגה (הטרסה).
אופן גידול כזה יתרחש על פנים ויסינליים שבהם המדרגות אינן רחבות, ובטמפרטורות גבוהות מספיק כך שהניידות המשטחית גבוהה.
לא נוצרים איים, מפני שלאדאטומים סיכוי גדול יותר להגיע לשפת המדרגה מאשר להתנגש עם אדאטום אחר.
את סוג הגידול, איים דו-ממדיים והתמזגותם (2D-IG) או זרימת מדרגות (SF), קובע היחס בין מרחק הדיפוזיה של האדאטומים ובין הרוחב הממוצע של הטרסות.
כשיחס זה נמוך (טמפרטורת גידול נמוכה או זווית חיתוך קטנה ביחס למישור סינגולרי של המצע) הגידול יתקדם במנגנון 2D-IG; וכשליחס הזה ערך גדול (טמפרטורה גבוהה או זווית חיתוך גבוהה) תתרחש זרימת מדרגות.
אופן הגידול זרימת מדרגות על משטחים ויסינליים מניב פעמים רבות שכבות אפיטקסיאליות איכותיות יותר מאשר אלו שגדלו במנגנון 2D-IG.
החלקת פני שטח כזו בתחילת הגידול האפיטקסיאלי נחזתה תאורטית על ידי ו ב-1949. לטרסות רחבות יש שטח איסוף אדאטומים גדול, ולכן השפות התוחמות אותן מתקדמות מהר יותר מאלו התוחמות טרסות צרות.
התוצאה של גידול בזרימה זו של מדרגות היא נטייה של המדרגות להגיע לגודל אחיד: המדרגות הקטנות נעלמות ופני השטח נהיים חלקים.
תהליך מיצוע זה הוא הסיבה לגידול שכבות חוצצות (באפרים) הומו-אפיטקסיאליות (בדרך כלל) על המצעים בתחילת כל גידול.
קיום פגמים על פני שטח המצע יכול להשפיע על מנגנון הגידול.
למשל, על מצעים סינגולריים, נעדרי טרסות, או מצעים ויסינליים עם טרסות רחבות מאוד גורמים נקעים בורגיים המסתיימים בפני השטח לגידול ספירלי.
גידול באמצעות נקעים בורגיים מאפשר לשכבה הגבישית לגדול גם על משטח חלק מבלי ליצור גרעיני גיבוש דו-ממדיים, שכן הנקע הבורגי הופך את הגביש כולו למשטח לוליני רצוף אחד.
הגידול של הגביש מתרחש, אם כן, ללא הפסקה על גבי הספירלות העליונות של הגביש, כשהשכבות הגדלות מתפתלות לוליינית סביב קו הנקע.
מאחר שהגידול של פירמידה לוליינית כזו אינו נפסק לעולם, אין צורך ביצירת גרעינים דו-ממדיים לצורך המשך הגידול.
בהטרואפיטקסיה על מצעים סינגולריים מתפתחות לעיתים קרובות ספירלות בגידול.
זו תוצאה של גידול על הרכיב הבורגי של נקעי האי-תאום, שנוצרו בממשק מצע-שכבה בגלל האי-תאום הסריגי ביניהם, והתפשטו בשכבה הגדלה עד לפני השטח שלה.
הנקעים הבורגיים הללו מספקים לאדאטומים את אתרי ההצטרפות לגביש, בהיעדר שפות מדרגה על פני השטח הסינגוליים.
שיטות גידול של שכבות אפיטקסליות
אפיטקסיה, במשותף לצורות האחרות של גידול גבישים, היא תהליך נשלט של מעבר פאזה.
התהליך הזה מוזן על ידי חומר מפאזה בלתי מסודרת, ומוביל ליצירת פאזה מוצקה, גבישית, שבה קיים סדר מרחבי ברמה גבוהה.
הסיווג העיקרי של שיטות הגידול האפיטקסיאליות מסתמך, על כן, על מצב הצבירה של הפאזה המזינה: מוצק (SPE – solid phase epitaxy), נוזל (LPE – liquid phase epitaxy) או גז (או אד, VPE – vapor phase epitaxy).
באפיטקסיה מהפאזה הנוזלית, liquid phase epitaxy - LPE, מקררים תמיסה נוזלית של היסודות הרצויים עד לנקודת הקיפאון שלה (לנקודת ה, הטמפרטורה שבה, בשיווי משקל תרמודינמי, היא תתחיל להפריש מוצק) או אל מתחת לה (כך שהתמיסה תימצא במצב של קירור יתר).
בשלב זה מביאים אותה למגע עם המצע.
המצע מהווה, למעשה, נקודת התגרענות גדולה, ולכן יתחיל קיפאון, כלומר גידול.
אם המצע הוא בהרכב הכימי המבוקש, במבנה ובכיוון הגבישיים הרצויים, תגדל עליו השכבה האפיטקסיאלית המבוקשת.
לאחר הזמן הנדרש להשגת עובי השכבה המבוקש, מוציאים את המוצק (המצע עם השכבה שגדלה עליו) מן התמיסה.
ב-LPE, קיימות מספר טכניקות של גידול, המסווגות לפי השיטה שבה מביאים את המצע והתמיסה למגע:
שיטת הסרגל (slider) - המצע (או המצעים) והתמיסה (או התמיסות) מוצבים בשקעים (או חורים) שבתוך חלקים זחיחים - ה"סרגלים".
במהלך הגידול הסרגלים מוזזים אופקית האחד ביחס לשני, כדי להביא את התמיסה במגע עם המצע, בזמן הנכון לפי פרופיל הטמפרטורה, וכדי לסלקה ממנו בתום הגידול.
שיטת ההטיה (tipping) - על ידי הטיית המערכת סביב ציר אופקי "מזרימים" את התמיסה אל המצע וממנו, בתחילת הגידול ובסיומו, בהתאמה.
שיטת הטבילה (dipping) - המצע או המצעים מורכבים על מוט המורד אנכית לתוך "אמבט" התמיסה להתחלת הגידול, ומועלה בסיומו, להוצאת המצעים מן התמיסה.
לכל אחת מהשיטות הללו יש יתרונות וחסרונות בגידול של המבנים הנדרשים לצורך ביצוע המשימה.
האפיטקסיה מהפאזה הגזית, הקרויה גם אפיטקסיה מפאזת האדים Vapor phase epitaxy - VPE, היא האפיטקסיה השכיחה ביותר טכנולוגית.
נהוג לחלק שיטת גידול זו לשתיים: אפיטקסיה פיזיקלית ואפיטקסיה כימית.
הבעיה העיקרית בשתי שיטות הגידול היא ההפיכה של חומרי ההזנה לאדים, והסעתם אל המצע, שעליו הם יבצעו את גידול הגביש האפיטקסיאלי.
בהתאם לשיטת ההזנה הזו מסווגים את שתי שיטות ה-VPE הללו למספר טכנולוגיות.
שתי טכנולוגיות האפיטקסיה מהפאזה הגזית השכיחות ביותר הן אפיטקסיית קרן מולקולרית ואפיטקסיה מהאדים באמצעות מטלו-אורגניים, המתוארות בהמשך.
ב-PVD המולקולות או האטומים שמרכיבים את השכבה מגיעים ישירות מהפאזה הגזית אל המצע ושוקעים עליו.
הדוגמה הפשוטה ביותר של PVD היא של אטומים באווירה של ואקום גבוה (10-6 טור).
בדרך כלל התוצאה של השיקועים הללו היא שכבה רב-גבישית או אמורפית (כך שאין זו אפיטקסיה), ובנוסף אין היא נקיה מאוד כימית.
שיטת ה-MBE פותחה על מנת להתגבר על שתי הבעיות האלו באמצעות שימוש בואקום אולטרה-גבוה - UHV (10-11 טור) וחימום המצע.
לפיכך, תא הגידול מצויד במשאבות ואקום חזקות, והגביש עליו רוצים לגדל מונח בתא הזה על מחזיק, המחומם לטמפרטורה הרצויה באמצעות גופי חימום שמאחוריו.
ממולו יש תנורים קטנים המקיפים תאים, שבתוכם כוּרִיוֹת הממולאות ביסודות הרצויים.
חימום התאים גורם לאיוד היסודות, והם יוצאים מהתאים במהירויות קוויות גבוהות, בהתאם לטמפרטורות הגבוהות שלהם.
בזכות הואקום האולטרה-גבוה האווירה בתא אינה מכילה כמעט אטומים אחרים פרט ליסודות המשתתפים בגידול.
הם לא יתנגשו, לכן, בשום דבר עד שיפגעו במצע או בדופן המערכת.
זו מקוררת בדרך כלל באמצעות חנקן נוזלי, כך שהיא פועלת כ, הסופחת את כל האטומים הפוגעים בה.
כל תא פולט, אם כן, קרן של אטומים או מולקולות (ומכאן שמה של השיטה).
הנעה מתוזמנת של מכסים (הקרויים חסמים) המוצבים לפני פתחי התאים, מתזמנת את ההפעלה של כל אחת מהקרניים של הצורנים שיגרמו לגידול השכבה או השכבות, לפי המתכון הרצוי.
בצורה זו שיטת ה-MBE מאפשרת אפיטקסיה של שכבות איכותיות, דקות ונשלטות היטב, עם ממשקים חדים.
חוץ מרמת הואקום האולטרה-גבוה המבטיח שכבות נקיות; חימום המצע מאפשר לאדטומים "לטייל" על פני השטח, כדי שימצאו לעצמם את המקום המועדף (אנרגטית) ו"להתיישב" בו; התזמון המדויק והמהיר של תנועות החסמים מאפשר לקבל ממשקים חדים בין השכבה והמצע ובין השכבות השונות בחומר האפיטקסיאלי המגודל, תוך שליטה מעולה בעובי של כל שכבה.
יתרון נוסף של השיטה הוא האפשרות להשתמש באמצעי ניטור (monitoring) ובקרה (control) מתוחכמים, המנצלים את אווירת הואקום האולטרה-גבוה שבתא הגידול.
העבודה ב-UHV היא יתרון גדול של טכניקת ה-MBE, אך גם החיסרון הגדול שלה: הציוד יקר וקשה לגִמְלוּן (scaleup), והטיפול במערכת (ניקוי והחלפת חומרים) צורך זמן.
- PLD היא אחת השיטות שנועדו להתגבר על הבעיה של נידוף בקצב סביר של חומרים קשי נידוף (כלומר, כשנדרשת לשם כך טמפרטורה גבוהה מאוד).
בשיטה זו "יורים" דפקים (פּוּלְסִים) קצרים מאוד (עשרות בודדות של מיקרושניות) של קרן של לייזר עוצמתי, הממוקדת על מטרה המצויה בתא ואקום.
פולסים אלו גורמים ל של (plume) של אטומים, המועפים מן המטרה אל עבר המצע המחומם.
תהליך הגידול יכול להתבצע ב-UHV או בנוכחות גז רקע, למשל חמצן כנהוג בגידול תחמוצות, על מנת שהשכבה המגודלת תהיה סטויכיומטרית.
העל-רוויה (סופרסטורציה) הגבוהה שיש על פני המצע, במהלך הפולס הקצר של הלייזר, גורמת לצפיפות גרעיני גיבוש גבוהה מאוד ביחס למקובל ב-MBE, ומאפשרת השגת שכבות חלקות.
, או Chemical vapor deposition – CVD זוהי הצורה הפשוטה ביותר, עקרונית, של VPE, שבה משתמשים בחומרי הזנה שהם מלכתחילה גזיים, או לכל הפחות נדיפים מאוד.
את הגזים או האדים האלו מביאים למגע עם מצע מחומם כדי שתתרחש, רצוי רק על פני השטח של המצע, תגובה כימית ביניהם, כך שישקע החומר המבוקש.
הבעייתיות של שיטת ה-CVD היא שיש רק מגוון קטן של שכבות מוצקות שניתן לגדל באמצעות CVD, שכן היא מוגבלת על ידי המיעוט של חומרי הזנה גזיים או נדיפים.
יתרה מכך, התוצרים של תהליכי ה-CVD, כלומר השכבות המשוקעות, הם בדרך כלל רב-גבישיים או אמורפיים, כך שאינם שייכים בעצם לאפיטקסיה.יוצא מכלל זה היא ההומואפיטקסיה של יהלומי מעבדה ב- (PECVD), במקרה זה באווירת פלזמה של גלי מיקרו (MWPCVD).
גזי ההזנה הם מתאן (CH4) ומימן (וכן, לעיתים, כמויות קטנות של חמצן, וזעירות של חנקן).
הפלזמה דרושה על מנת לפצח את המגיבים לרדיקלים שיוכלו להגיב על פני שטח המצע ליצירת שכבת היהלום.
אפיטקסיה מפאזת אדים אורגנומתכתיים, MOVPE
המתכות מוזנות כאדי התרכובות האורגניות הללו, ואילו האל-מתכות, הנדיפות יותר, מוזנות ישירות כגז או כתרכובות אורגניות אף הן.
למשל, לגידול GaAs מזרימים (TMGa) – Ga(CH3)3, ו (AsH3) או טרצבוטילארסין [AsH2(CH3)3 או tBuAsH2 או TBA].
המטלו-אורגניים הם בדרך כלל נוזלים, וכדי להסיעם לריאקטור מזרימים גז נושא (בדרך כלל מימן) דרך הנוזל, באמצעות , הטבול באמבט מקורר לטמפרטורה נשלטת קבועה.
הטמפרטורה של האמבט קובעת את לחץ האדים של המטלו-אורגני הספציפי, ולכן את ריכוזו בגז.
מערכת הבקרה שולטת בקצבי הזרימה של כל המרכיבים, כדי לשלוט בקצב הגידול ובהרכב הגביש המגודל.
לשם כך היא מצוידת במדי לחץ וב.
האדים המוכנסים לריאקטור מפוצחים על המצע החם לרדיקלים, המגיבים ביניהם ליצירת התרכובת הגבישית האפיטקסיאלית.
שאר תוצרי התגובה מוסעים על ידי הגז הנושא מן הריאקטור אל , ביחד עם חומרי המוצא שלא הספיקו להגיב.
אחד היתרונות בגידול בשיטת ה-MOCVD, יחסית ל-MBE, הוא קצב הגידול הגבוה יותר בה, (מיקרון עד עשרות מיקרון לשעה).
זה מאפשר תפוקה גבוהה יותר בייצור.
בנוסף, מפני שמערכות ה-MOCVD עובדות בלחץ מופחת בלבד (בין 10 ל-760 טור), הטיפול בהן קל ומהיר יותר, בהשוואה ל-MBE, והגמלון שלהן פשוט.
עם זאת, החומרים המשמשים לגידול מסוכנים ברמה גבוהה ביותר (רעילים ודליקים).
זה מצריך מערכות סילוק ונטרול של הגזים, ויישום מערכות בקרה, שליטה והגנה בטיחותיות.
מערכות אלו מייקרות במידה ניכרת את הפעילות סביב האפיטקסיה ב-MOCVD.
חיסרון נוסף הוא האפשרות לזיהום השכבות המגודלות בפחמן, אם לא מצליחים לסלק את כל שאריות הפחמימנים מהתרכובות המטלו-אורגניות.
עוד חסרון של השיטה הוא ביתרונה: אף שניתן לגדל ב-MOCVD גם בקצב איטי יחסית, החלפת הגזים אורכת זמן סופי, ולכן אי אפשר לקבל ממשקים חדים מאוד כמו ב-MBE.
, Atomic layer epitaxy - ALE היא נגזרת של CVD (ושל MOCVD) המתבססת על הזרמה מתחלפת של המגיבים השונים לתא הריאקציה.
בכך היא פותרת את בעיית החדות של הממשקים בשכבות המגודלות ב-CVD, בכלל, וב-MOCVD, בפרט.
בתחילה מזרימים בשיטת ה-ALE מגיב אחד, שיכול להגיב רק עם פני השטח, ומפסיק להגיב כאשר פני השטח מכוסים בתוצר הריאקציה הזו (ריאקציה המגבילה את עצמה - self-limiting reaction).
כשהתגובה הושלמה, שואבים ושוטפים את כל שאריות המגיב הראשון הזה החוצה.
בכך הסתיים השלב הראשון במחזור הראשון של הגידול.
בשלב השני מזרימים לריאקטור את המגיב השני, המגיב אף הוא בצורה מגבילה עצמית עם פני השטח (החדשים).
משתגובתו שלו הסתיימה, שואבים ושוטפים אותו החוצה.
בסיום המחזור הזה הסתיימה בנייתה של שכבה מולקולרית אחת.
והתהליך, על שני שלביו, חוזר מהתחלה, מספר רב של פעמים כנדרש לבניית השכבה האפיטקסיאלית המלאה.
היתרונות העיקריים של ALE היא השליטה המצוינת בעובי ובהרכב ברמה האטומית, ובממשקים חדים ביותר.
החיסרון שלה הוא האיטיות הרבה של תהליך הגידול (כ-0.1-0.3 מיקרון בשעה, בלבד).
בעיה זה מחריפה עם הגמלון של המערכות (להגדלת התנובה), שכן זמן השטיפה מתארך.
בנוסף, פני השטח צריכים להיות מושלמים ומטופלים בצורה הנכונה בטרם הגידול.
יישומה של שיטת ה-ALE באפיטקסיה מוגבל למדי, וברבע הראשון של המאה ה-21 משתמשים בה בעיקר לשיקוע שכבות לא גבישיות.
נגזרת זו של השיטה קרויה (ALD).
בהתאם לכך, בתקופה זו משתמשים בראשי התיבות ALE בעיקר לציון (או: צריבת) שכבות אטומיות ().
ו-Chloride vapor-phase epitaxy (Cl-VPE) הן שתי שיטות אחרות, שכיחות פחות, לאפיטקסיה מהפאזה הגזית, המשמשות ליצור מוליכים למחצה מרוכבים מ, ובעיקר GaN ונגזרותיו.
בשתי השיטות מגיבים כלוריד של המתכת מקבוצה III עם אמוניה (NH3) ליצירת ה המתאימים.
ב-HVPE, הוותיקה יותר, מגיבים, בטמפרטורה גבוהה, HCl עם מתכות מקבוצה III ליצירת התרכובת הכלורידית הנדיפה – MCl3. ב-Cl-VPE חומר המוצא הוא התרכובת MCl3 עצמה.
הגז הנושא בשתי השיטות יכול להיות מימן או האמוניה עצמה.
היתרונות בטכנולוגיות אלו על פני MOCVD: מוזילה משמעותית את האפיטקסיה, נמנע זיהום אפשרי בפחמן, התהליך קרוב לשיווי משקל (לכן קצבי גידול גבוהים).
עם זאת, התשלום על כל היתרונות הללו הוא באיכות.
Gas-source MBE - GS-MBE - זו נגזרת של MBE שבה האניונים של התרכבות המגודלות מסופקים למערכת בצורה גזית, ואילו הקטיונים מסופקים, כב-MBE רגילה, על ידי נידוף היסודות המוצקים (או הנוזליים).
למשל, לגידול GaAs משתמשים בטכניקה הזו בגז ארסין (AsH3) במקום בארסן מוצק.
Metalorganic molecular beam epitaxy - MOMBE היא נגזרת של MBE שבה הקטיונים של התרכובות המגודלות מסופקים למערכת בצורה גזית מהתרכבות המטלו-אורגניות שלהם, ואילו האניונים מסופקים על ידי נידוף היסודות המוצקים.
למשל, לגידול GaAs משתמשים בטכניקה הזו בטרימתיל-גליום (TMGa) ובארסן מוצק.
שני היסודות המרכיבים את השכבה האפיטקסיאלית מסופקים למערכת בצורתם הגזית.
אפיטקסיה מהפאזה המוצקה, solid phase epitaxy - SPE, היא מעבר פאזה ממוצק אמורפי או רב-גבישי למוצק גבישי מסודר.
היא למעשה צורת גידול גבישי הנודעת גם בשם SSR (solid-state recrystallization).
בשיטה זו משקעים בדרך כלל את שכבת ההזנה בשיטה כלשהי על גבי המצע.
אחר כך מיישמים שלב של הרפיה בטמפרטורה גבוהה יותר, שבו מתרחש הגיבוש מחדש.
בין הדוגמאות לשיטת גידול זו אפשר למצוא גיבוש מחדש של סיליקון, שעבר אמורפיזציה במהלך .
בשלב זה גם משופעלים היונים המושתלים, והופכים למסממים (דופנטים), על ידי החדרתם לאתרי הסריג.
דוגמה אחרת היא גידול של GaN על ספיר.
בגלל האי-תאום הסריגי הגדול בין שני החומרים (13.8%) מתקבלים בשיטות גידול רגילות פני שטח גרועים במיוחד.
כדי להתגבר על הבעיה, מגדלים ב-MOCVD בטמפרטורה נמוכה (כ-600 מעלות צלזיוס) שכבה חוצצת של (AlN) או של גליום ניטריד (GaN) או של (ZnO), עם מבנה דמוי-אמורפי.
אחר כך מעלים את הטמפרטורה לכ-1040 מעלות צלזיוס, ומגדלים את שכבת ה-GaN.
השכבה החוצצת מתגבשת מחדש ל, המאלץ את ה-GaN לגדול בצורה מועדפת, לקבלת פני שטח חלקים עם הרבה פחות פגמים.
מאחר שאין עדיין שיטה לגידול של שכבות גבישיות דקות ללא מצע, הרי שאפיטקסיה היא הפתרון לכל תחום מדעי, טכנולוגי או תעשייתי הצריך לעשות שימוש בשכבות כאלו, בעיקר במיקרוטכנולוגיה ובננוטכנולוגיה.
את היישומים באפיטקסיה ניתן לסווג להנדסת מצעים ולהנדסת מבנה השכבות:
הנדסת מצעים - פעמים רבות יש לממש התקנים עם תכונות יישומיות חשובות בחד-גבישים שקשה, או בכלל אי אפשר, להשיגם בשטח גדול ובאיכות גבוהה.
במקום זאת יש לגדלם אפיטקסיאלית על הכמות המועטה של מצעים איכותיים זמינים.
כמו אלו שמיוצרים מגבישי סיליקון, גליום ארסניד (GaAs), (InP), ספיר, סיליקון קרביד SiC וכדומה.
הנדסת מבנה השכבות - יצירת מבנים וחומרים גבישיים חדשים, שאינם קיימים בטבע, עם תכונות מיוחדות, או שמסוגלים לבצע פעולות מיוחדות.
למשל, גידול סריגי-על (superlattices), בורות קוונטיים ונקודות קוונטיות, שבכולם "תופרים" מבנה משכבות דקות מתחלפות של חומרים עם פערי אנרגיה ברוחב שונה.
מבנים כאלו מנצלים את התכונות האלקטרוניות המיוחדות של החורים והאלקטרונים הכלואים (confined) בשכבות השונות במבנה.
דוגמאות ליישומים העושים שימוש באפיטקסיה הן:
טכנולוגיות המיקרו- והננו-אלקטרוניקה ופוטוניקה: מבני בורות קוונטיים מרובים (multiquantum wells - MQWs), סריגי-על, נקודות קוונטיות (QDs)
טלקומיניקציה: ואמיטרים: דיודות פולטות אור (LEDs) ודיודות לייזר: דיודת לייזר קורן קצה (edge emitting laser diode - EELDs) ו- - VCSEL
דימות באורכי גל שונים: למשל בדימות תרמי או דימות בעל-סגול הקיצוני (EUV)
אנרגיה ירוקה: , נורות חסכוניות (LEDs)
קריאת דיסקים קשיחים: : מגנטו-טרנזיסטורי ענק (giant magnetoresistors - GMR) ומגנטו-טרנזיסטורי מינהור (tunnel magnetoresistors - TMR)
ציפוי נגד החזרה: לרכיבים לתחומי או לתחום קרני X רכות.
המכון התת-מיקרוני, מכון ויצמן למדע, רחובות - MBE עבור משפחת החומרים III-V.
המחלקה למדע והנדסה של חומרים, הפקולטה להנדסה, אוניברסיטת תל אביב - MOCVD לחומרים שכבתיים ממשפחת ה.
המרכז הישראלי לפוטוניקה מתקדמת, יבנה - MOCVD ו-MBE עבור משפחת החומרים III-V.
הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים, הטכניון, חיפה - MBE לפרובסקיטים (perovskites).
ישראף טכנולוגיות (Isrough Technologies), נשר, פארק תעשייה ציפורית - PECVD ליצור יהלומי מעבדה.
לוסיקס (Lusix), רחובות - PECVD ליצור יהלומי מעבדה.
SCD - SemiConductor Devices, מכון לשם - LPE ליצור פרוסות MCT, ו-MBE ליצור פרוסות ממשפחת החומרים III-V.
אפיטקסיה מהפאזה הנוזלית היא שיטת גידול גבישים אפיטקסיאלית המתרחשת ב שבין נוזל ובין מצע מוצק, .
כבשאר שיטות האפיטקסיה משמשת LPE לגידול שכבות דקות חד-גבישיות על מצע חד-גבישי אחר עבה יותר.
היא נבדלת מהשיטות האחרות בכך שחומר המוצא לגידול (פאזת ההזנה) נמצא במצב צבירה נוזלי.
LPE היא אחת השיטות הוותיקות לגידול שכבות אפיטקסיאליות.
גם לקראת סוף הרבע הראשון של המאה ה-21, מייצרים בשיטה זו כמויות גדולות של פרוסות של מוליכים למחצה, וחומרים אחרים.
גידול ה-LPE הראשון של מ בוצע ב-1963 על ידי ה.
נלסון (Nelson) ממעבדות RCA בפרינסטון, ניו ג'רזי.
נלסון גידל במערכת הטיה התקני צומת p-n ב-GaAs ללייזרים ולדיודות מינהור על ידי שימוש בתמיסת GaAs בבדיל לגידול שכבת GaAs מסוג n על מצע GaAs מסוג p.
הוא פיתח גם את היכולת לגדל שכבות מסוממות n או p מתמיסות של GaAs בגליום עם תוספת קטנה של טלור או אבץ, בהתאמה.
ב-1969 פיתחו חוקרים במעבדות בל בניו-ג'רזי את שיטת הסרגל לגידול GaAs לאותם צרכים.
החל מסוף שנות ה-90 החלה לרדת קרנה של שיטת ה-LPE בעקבות התפתחויות בשיטות הגידול MOCVD (בעיקר לייצור) ו-MBE (בתחילה בעיקר למחקר ופיתוח).
בשתי שיטות אלו אפשר לייצר הטרו-מבנים (heterostructures) מתוחכמים יותר, והן מוגבלות פחות על ידי האילוצים של התאמת פרמטר הסריג, או השפעות של חוסר שיווי משקל (המסה לאחור, meltback).
יתרה מכך, MOCVD ועוד יותר MBE, הציעו שליטה טובה יותר בהרכב ובמורפולוגיה של פני השטח, ובקבלת אחידות בשטח גדול כמו גם ממשקים ו חדים.
ב-LPE מתחילים בהכנת תערובת או תמיסה (בדרך כלל תמיסה מוצקה) של היסודות הרצויים.
למשל לגידול שכבות של הסגסוגת (AlGaAs) מכינים תמיסה (מוצקה) של אלומיניום וארסן בגליום, ואילו לגידול שכבות של הסגסוגת (MCT) מכינים תמיסה (מוצקה) של כספית וקדמיום בטלור או תמיסה של קדמיום וטלור בכספית.
את התמיסה הזו מכניסים לכלי מתאים (באיור 1, באופן סכמטי, לכוס), ואותו לתנור (שלא מוראה באיור 1).
מחממים עד להתכת התמיסה, וממתינים להומוגניזציה של הפאזה הנוזלית.
לאחר מכן מקררים את התמיסה; כשמגיעים לנקודת הרוויה של התמיסה (לנקודת ה, כלומר לטמפרטורה שבה, בשיווי משקל תרמודינמי, היא תתחיל להפריש מוצק) לא קורה דבר מפני שאין (כך מקווים) מרכז גרעון, שיתחיל את הגיבוש.
בשלב זה אפשר להכניס את המצע לתמיסה.
המצע מהווה נקודת גרעון גדולה, ולכן תתחיל ההתגבשות על פני המצע, כלומר גידול השכבה האפיטקסיאלית.
אפשר גם לקרר את התמיסה עוד לפני הכנסת המוצק, כך שהתמיסה תימצא במצב של קירור יתר.
בשני המקרים, אם המצע הוא בהרכב הכימי המבוקש, במבנה ובכיוון הגבישיים הרצויים, תגדל עליו השכבה האפיטקסיאלית המבוקשת.
אפשר לקרר את התמיסה במהלך הגידול (כמו באיור 1) או להשאיר אותה קבועה.
פרופילי טמפרטורה והתלות של עובי השכבה בזמן הגידול
משמאל למעלה: תיאור סכמטי של דיאגרמת הפאזות נוזל-מוצק של GaAs.
משמאל למטה: הגדלה של הריבוע האדום – החלק מדיאגרמת הפאזות הרלוונטי ל-LPE בקירור יתר מטמפרטורת ההומגניזציה (Th) ל-TSC, היכן שהפאזות בשיווי משקל הן תמיסה נוזלית בהרכב xsce ו-GaAs (הרכב: xs=50% As) מוצק, המתגרען כשכבה אפיטקסיאלית על המצע.
אינדקס תחתון (מ) מציין מוצק, ואינדקס תחתון (נ) מציין נוזל.
m הוא שיפוע עקום הליקווידוס.
מימין: פרופילים שונים של טמפרטורה הנהוגים ב-LPE: למעלה – "קירור מדרגה", באמצע – "קירור משופע", ולמטה – "קירור יתר".
קפיצת המדרגה בפרופילים העליון והתחתון היא ΔTsc מעלות; קצב הקירור במהלך הגידול בפרופילים האמצעי והתחתון הוא α מעלות לדקה.]]
תהליך הגידול ב-LPE קרוב מאוד לשיווי משקל, כך שהרכב התמיסה הרצוי להשגת מוצק בהרכב הנדרש נקבע מתוך דיאגרמת הפאזות המתאימה.
תנאי הגידול ב-LPE הם כאלו שקצב הגידול מוגבל על ידי דיפוזיה של המומס, מהתמיסה אל הממשק תמיסה-מצע, היכן שהוא מתגבש למוצק האפיטקסיאלי.
מגבלה זו, ביחד עם פרופיל הטמפרטורה המיושם במהלך הגידול קובעים איך גָדֵל עובי השכבה (d) עם הזמן (t).
מבחינים בין שלושה מהלכים תרמיים כאלו (בכולם מניחים שעובי השכבה קטן יחסית לעובי תמיסת הגידול - "קירוב השכבה הדקה"):
פרופיל קירור מדרגה (step-cooled growth): לאחר שלב החימום של התמיסה מייצבים את הטמפרטורה (על Th באיור) לצורך הומוגנזיציה, כך שמתקבל ריכוז אחיד של המומס, xh, בתמיסת הגידול.
ערך זה הוא ריכוז שיווי המשקל המתאים לטמפרטורת הליקוידוס Ts ב-Leh.
להתחלת הגידול מונמכת הטמפרטורה בקפיצה של ΔTsc מעלות ל-Tsc (כמוראה באיור 2), הנמוכה מטמפרטורת הליקווידוס Ts ב-ΔTsc מעלות.
ריכוז שיווי המשקל משתנה ל-xesc, הניתן על ידי עקום הליקווידוס בטמפרטורה Tsc (המתאימים לנקודה Lesc על עקום הליקווידוס).
ריכוז זה נמוך מהריכוז שעדיין קיים בתמיסה, xh.
לכן התמיסה נמצאת בעל-רוויה (סופרסטורציה), כלומר בקירור יתר.
בגלל הפרש הטמפרטורה הקטן, ΔTsc, המיושם ב-LPE עקום הליקווידוס ליניארי עם הטמפרטורה, ושיפועו: m.
בתנאים אלו גדל עובי השכבה עם משך הגידול בצורה הבאה: .
במשוואה זו xs הוא הריכוז במוצק, שנקבע על ידי עקום , ו-D הוא של המומס בתמיסת הגידול.
פרופיל קירור משופע (ramp-cooling growth): במקרה זה, כבקודם, מתחיל התהליך בשלב הומוגניזציה בטמפרטורה Th הגורם שוב לריכוז שיווי משקל xh בתמיסת הגידול.
בתום שלב זה לא מיישמים בפרופיל זה קפיצת טמפרטורה מטה, אלא מורידים את הטמפרטורה בהדרגה בקצב קבוע α, כך שמתקיים: T(t) = Th - αt.
אם אינטרוול הקירור הכולל קטן, אז עדיין השיפוע של עקום הליקווידוס, m, כמעט קבוע, והרכב שיווי המשקל על עקום הליקווידוס הוא פונקציה ליניארית של הטמפרטורה.
עבור תנאים אלו מקבלים שעובי השכבה משתנה עם הזמן על פי:
פרופיל קירור יתר (supercooling growth)':'' טכניקת גידול זו היא שילוב של השתיים הקודמות.
לאחר שלב ההומוגניזציה, מתחיל הקירור ביצירת קירור יתר על ידי קפיצת טמפרטורה של ΔTsc מטה (הגורמת לקירור יתר של ΔTsc מעלות), ובנוסף מיישמים לאחריה קירור בקצב קבוע α.
התלות של העובי בזמן הגידול תתקבל, לכן, מחיבור שתי המשוואות הקודמות:
הבחירה באחד מבין שלושה פרופילים אלו של הטמפרטורה עבור הגידול ב-LPE של מערכת חומרים מסוימת תלויה, בין היתר, בדרישות ממערכת החומרים הזו, מדיאגרמת הפאזות הרלוונטית, ומהמורפולוגיה ומהסימום הנדרשים מהשכבה.
בכל שלושת הפרופילים עובי השכבה אינו גדל ליניארית בזמן.
זה מסבך, במידה מסוימת, את חישוב הזמן הדרוש לקבלת שכבה בעובי רצוי.
סיבוך נוסף, נובע מכך שלא תמיד ידוע הרכב תמיסת הגידול במדויק, ולכן גם לא את טמפרטורת הליקווידוס המדויקת שלה.
כתוצאה מכך קיימת שגיאה מובנית בקביעת משך הגידול; ובפרופילים המתאימים יש גם שגיאה בקביעת ΔTsc.
ללא קשר לפרופיל הטמפרטורה המיושם ב-LPE, קיימות בה מספר טכניקות של גידול:
שיטת ההטיה (tipping): לתוך סירה מחומר אינרטי (גרפיט, בדרך כלל) מכניסים בצד אחד את המצע ובצד השני את תמיסת הגידול.
הסירה מוכנסת לריאקטור קוורץ צינורי, המצוי בתנור חימום.
בתחילה התנור מוטה כך שצד התמיסה נמוך יותר ממצע הגידול.
מחממים את התנור להתכת התמיסה, וממתינים להומוגינזציה שלה.
בהתאם לפרופיל הגידול מקררים לקירור יתר, אם צריך.
כשטמפרטורת התמיסה הגיעה לערך הרצוי, מטים את התנור סביב צירו האופקי הניצב לציר האורך של הסירה, ועל ידי כך "מזרימים" את התמיסה אל המצע, והגידול מתחיל.
בסיום הגידול מטים את התנור למצבו ההתחלתי לצורך שפיית התמיסה מהמצע שעליו גדלה השכבה האפיטקסיאלית, ומקררים את התנור, לצורך הוצאת השכבה המגודלת.
אחד החסרונות של השיטה הוא האפשרות לגדל רק על מצע אחד (או מספר קטן של מצעים קטנים).
כדי להתגבר על חסרון זה פותחה נגזרת של השיטה שבה ההטיה היא סביב ציר המקביל לציר האורך של הריאקטור: שיטת ההטיה הסיבובית (rotating-tipping).
בשיטה זו מטעינים לתוך הריאקטור הצינורי סירה היכולה להכיל מספר רב של מצעים ניצבים לציר האורך של הריאקטור.
המחזיק מחובר לדופן הצינור, כך שבהתחלה המצעים נמצאים מעל לתמיסת הגידול.
בשלב זה מחממים את התנור להתכה של תמיסת הגידול ולהומוגניזציה שלה, ומתחילים בקירור כנדרש.
בשלב המתאים מסובבים את הצינור סביב ציר האורך שלו, כך שכל המצעים נטבלים בתמיסת הגידול, והגידול מתחיל.
בסיום הזמן הדרוש מסובבים את הצינור בחזרה למצבו ההתחלתי, כך שהתמיסה מחליקה מפני השטח של השכבות המגודלות באמצעות כוח הכבידה, ומקררים את המערכת.
לצורך הוצאת השכבות האפיטקסיאליות שגודלו.
לשני הווריאנטים של שיטת ההטיה יש חסרונות בולטים: ניתן לגדל רק סוג אחד של שכבה על כל מצע, סילוק התמיסה מפני השטח האפיטקסיאליים אינו מושלם, כמות התמיסה מוגבלת, והיישום החוזר שלה מסובך.
עם זאת, היכולת לגדל בפעם אחת על מספר רב של מצעים בשיטת ההטיה-הסיבובית היא יתרון תעשייתי משמעותי.
שיטת הטבילה (dipping): תמיסת הגידול נמצאת בתוך כורית המצויה בריאקטור שבתוך תנור.
בדרך כלל מוזרם דרך הריאקטור מימן או גז אינרטי כדי למנוע תגובה של התמיסה והמצעים עם אווירת החדר.
המצע או המצעים מורכבים באמצעות מחזיקים על מוט הסעה וסיבוב, אותו מורידים אנכית לתוך "אמבט" התמיסה להתחלת הגידול, כשטמפרטורת האמבט הגיע לערך הרצוי (עם או בלי קירור יתר).
בזכות הגאומטריה הזו מכונה השיטה גם LPE אנכי (VLPE).
במקרים בהם צפיפות התמיסה גבוהה יותר מאשר הצפיפות המשוקללת של המצע ומחזיקו, צפים האחרונים על גבי פני הנוזל, בזכות הציר המחבר את המחזיק או המחזיקים אל המוט.
במהלך הגידול מישמים, לעיתים, סיבוב של מוט המצעים, על מנת להשיג אחידות של הריכוז בתמיסה על ידי פיצוי הבדלי החימום באזורים שונים של הכורית, והבדלי ריכוז בגלל קונבקציות בנוזל.
בתום הזמן הנדרש להשגת העובי הרצוי של השכבה, מעלים את המוט להוצאת המצעים מן התמיסה.
בזכות הציר המחבר את מחזיקי המצעים למוט, הם חוזרים למצב ניצב לקרקע, ושאריות התמיסה ניגרות מפני השטח של המצעים באמצעות כוח הכבידה.
אם צפיפות הנוזל נמוכה, מרכיבים מראש את המחזיקים על המוט כך שפני המצעים מקבילים לפני השטח של הנוזל.
בהוצאת המצעים בתום הגידול קשה, במקרה זה, לסלק את כל שאריות התמיסה, ולכן מיישמים לעיתים סיבוב מהיר של מוט ההסעה והסיבוב על מנת לסלקן באפקט הצנטריפוגה.
שיטת הטבילה שימושית בעיקר בגידול שכבות עבות, שכן בגלל הנפח הגדול של התמיסה, ריכוזה כמעט שאינו משתנה בגלל הפרשת מומסים לגידול האפיטקסיאלי.
יתרה מכך, אותה תמיסה יכולה לשמש למספר ריצות גידול עוקבות, כך שחוסכים בזמן הנדרש לפריקה, הטענה וחימום של החומר שבכורית.
התמיסה נשארת בדרך כלל חמה, כשכל מספר גידולים מוסיפים לה כמויות קטנות של המומסים, על מנת לשמור על ריכוז התמיסה בערך הרצוי.
יתרונות נוספים של השיטה הם: האפשרות לגדל על מספר מצעים בו זמנית (אם כי לא גדול כמו בשיטת ההטיה הסיבובית), והאפשרות לשמור את המצעים בטמפרטורה נמוכה יחסית עד להתחלת הגידול עצמו.
זה משמעותי בעיקר לחומרים שנוטים להתפרק בחום גבוה כמו תחמוצות.
החסרון העיקרי של השיטה נעוץ בכך שאפשר לגדל רק שכבה אחת בהרכב קבוע על כל מצע.
שיטת הסרגל (slider)''': המצע (או המצעים) והתמיסה (או התמיסות) מוצבים בשקעים (או חורים) שבתוך חלקים זחיחים - ה"סרגלים".
במהלך הגידול הסרגלים מוזזים אופקית האחד ביחס לשני, כדי להביא את התמיסה במגע עם המצע בזמן הנכון לפי פרופיל הטמפרטורה, וכדי לסלקה ממנו בתום הגידול.
לגידול מבנה דו-שכבתי על שני מצעים נפרדים, כמו בדוגמה שבאיור 5, מניחים בשקעים שבסרגל המצעים שני מצעי גידול זהים, ומניחים אותו על בסיס הסירה.
על סרגל המצעים מניחים את סרגל הבארות כך שהאזורים האטומים שבו מכסים את המצעים, והבארות עצמן נמצאות משמאל לכל מצע.
מכניסים לארבע הבארות את הרכיבים בכמויות המתאימות ליצירת תמיסות גידול בריכוזים המתאימים על פי דיאגרמת הפאזות (או את תמיסות הגידול המוצקות שהוכנו מראש).
לבארות הקרובות למצעים מכניסים את התמיסות בהרכב המתאים לגידול השכבה הראשונה במבנה, ואילו לאחרות את התמיסות בהרכב המתאים לגידול השכבה השנייה במבנה.
מכסים את הבארות במכסים למניעת התנדפות רכיבי התמיסה במהלך החימום.
אחר כך מכניסים את הסירה, על כל רכיביה, לריאקטור הקוורץ הצינורי, סוגרים אותו, ומזרימים דרכו מימן או גז אינרטי.
מסיעים את תנור החימום לאורך צינור הקוורץ, כך שמרכזו יחפוף את הסירה, ומתחילים בחימומו.
לאחר הזמן הדרוש להתכה של תמיסות הגידול, ולהומוגוניזציה שלהם, מקררים את התמיסה בהתאם לפרופיל הטמפרטורה הרצוי.
כשטמפרטורת התמיסה הגיעה לערך שנקבע מראש, מושכים את מוט המשיכה של סרגל הבארות ימינה עד שהבאר הראשונה מתייצבת מעל המצעים.
מחכים את הזמן הדרוש להשגת העובי הרצוי של השכבה האפיטקסיאלית הראשונה, ומושכים שוב את סרגל הבארות עד שהאזורים האטומים שבין שני הבארות מכסים את המצעים.
באמצעות משיכה זו "נוגבה" תמיסת הגידול מהמצעים.
כעת מייצבים את התנור על הטמפרטורה המתאימה לתמיסת הגידול השנייה על פי דיאגרמת הפזות, וממתינים להומוגניזציה.
בהתאם לפרופיל הטמפרטורה הנבחר מורידים שוב את הטמפרטורה לערך המתאים, ומשזה הושג מושכים את סרגל הבארות שוב ימינה, עד שהבארות של תמיסת הגידול השנייה ניצבות מעל המצעים.
בתום הזמן הדרוש, מושכים את סרגל הבארות ימינה, לניגוב התמיסה עד שהמצעים יעמדו מתחת לאזורים האטומים שבין הבארות (אפשר, לחלופין, לדחוף את סרגל הבארות חזרה לעמדה זו, או למשוך אותו כך שהאזורים האטומים שמשמאל לבארות של תמיסת הגידול השנייה יהיו מעל למצעים).
כעת מקררים את התנור בקצב שנבחר.
בסיום, לצורך קירור מהיר יותר, החשוב בעיקר במקרים של שכבות שרכיביהן נדיפים בטמפרטורות גבוהות, מסיעים את התנור לאורך הריאקטור הצינורי, כך שלא יקיף יותר את סירת הגידול.
היתרון הגדול ביותר של שיטת הסרגל על פני שיטות ההטיה והטבילה הוא האפשרות לגדל מבנים המכילים מספר שכבות אפיטקסיאליות זו על גבי זו.
לשם כך מכינים בארות ותמיסות כמספר השכבות הרצויות.
יתרה מכך, הנעת הסרגלים אחד ביחס לשני בסיום הגידול של כל שכבה, גורם ל"חיתוך" ול"ניגוב" יזום של תמיסת הגידול מהשכבה.
יתרון נוסף הוא האפשרות לגדל על יותר ממצע אחד, אך מאחר שהמערכת ליניארית והמצעים אופקיים, מספרם קטן בהרבה מהאפשרי בשיטת ההטיה הסיבובית.
החסרון של השיטה הוא הנפח הקטן יחסית של תמיסת הגידול.
זה לא מאפשר גידול של שכבות עבות מאוד, כי הרכב התמיסה עלול להשתנות יותר מדי במהלך הגידול, ואיתו ישתנה גם הרכב השכבה.
זה מצריך גם החלפת התמיסות עבור כל ריצת גידול.
בשיטת ה-LPE משתמשים באפיטקסיה של מוליכים למחצה מרוכבים (compound semiconductors), בעיקר כשהגידול שלהם באחת משיטות האפיטקסיה מהפאזה הגזית קשה בגלל לחצים חלקיים שונים מאוד של הרכיבים הבודדים; וכן כאשר נדרש ייצור המוני במחיר שאינו גבוה.
LPE משמשת, למשל, לייצור בקנה מידה גדול של דיודות פולטות אור (LEDs) מבוססות GaAs ו-, כמו גם לאפיטקסיה של סגסוגות של בהרכבים שונים לצורך מימוש גלאי תת-אדום.
משתמשים ב-LPE כדי לגדל שכבות של SiC ושל של מתכות מהמשפחה III-V כמצעים "וירטואליים" לגידול מבנים של ניטרידים בשיטות אפיטקסיה אחרות.
כמו כן, משתמשים ב-LPE ביצור שכבות מגנטו-אופטיות.
השימוש ב-LPE עבור מוליכים למחצה של יסודות כמו סיליקון, שכיח פחות, שכן הממיסים האפשריים הם בדיל, אלומיניום וגליום, כולם מסממים בחומרים מקבוצה IV בטבלה המחזורית.
עם זאת, נעשה שימוש ב-LPE בגידול שכבות לתאים סולריים זולים מבוססי סיליקון.
תחום יישום נוסף הוא ייצור תחמוצות של מתכות, מפני שללא הטמפרטורות הנמוכות יותר הקשורות בגידול מתמיסה ב-LPE, יש קשיים בשמירה על ההרכב הסטויכימטרי של התחמוצות, לדוגמה בגידול של .
היתרון של שיטת ה-LPE ביחס לגידול גבישים כמו בשיטות ו נובע מכך שנוזל ההזנה ב-LPE הוא התמיסה של החומר אותו רוצים לגדל ולא הנתך (melt) שלו.
לכן, הטמפרטורות המעורבות בתהליך נמוכות יותר.
יש לכך יתרונות כלכליים הן בצריכת אנרגיה מופחתת, והן בלחץ עבודה נמוך יותר.
יש לכך גם יתרונות טכנולוגיים, כמו איכות גבישית טובה יותר.
ביחס לשיטות האפיטקסיה המתחרות ב-LPE, כמו MBE ו-MOCVD, היא פועלת בקרבת שיווי משקל תרמודינמי, ולכך יש יתרונות וחסרונות.
למשל, הַקִּרְבָה לשיווי המשקל התרמודינמי מאפשרת המסה של המצע בתחילת הגידול (תהליך הקרוי המסה לאחור, meltback).
זה קורה אפילו כאשר מיושם קירור יתר בפרופיל הטמפרטורה בגידול, אם קיים אי-תאום בפרמטרי הסריג של השכבה והמצע.
להמסה לאחור זו יש יתרון בכך שתהליך סילוק התחמוצות מפני המצע בטרם הגידול קריטי פחות מאשר בשיטות האפיטקסיה מפאזה גזית.
אבל היא מהווה חסרון שכן אי אפשר לקבל ממשק מצע-שכבה מישורי לגמרי.
הקרבה לשיווי משקל תרמודינמי בתהליך ה-LPE מאפשרת תיאור תרמודינמי מהימן, יחסית, של תהליך הגידול האפיטקסיאלי, אבל, היישום של הפרמטרים התאורטיים השולטים בגידול קשה, וגורם לכך שתהליך הגידול רגיש מאוד לסטיות מהפרמטרים האופטימליים של התהליך.
זה גורם, למשל, להתפתחות מדרגות גידול גבוהות (הקרויות גם טרסות - תמונה 1), ולפני שטח שאינם חלקים כבשיטות הגידול האפיטקסיאלי מהפאזה הגזית.
בנוסף, הקרבה לשיווי משקל תרמודינמי מקשה על גידול איכותי של סגסוגות הנוטות להיפרדות לפאזות.
מחיר נמוך יחסית של הציוד הדרוש לגידול
איכות חומר טובה מאוד, בעיקר בהקשר של יעילות לומינסנציה
סלקטיביות גבוהה ב (גידול על מצעים מכוסים במסכה עם תבניות).
שליטה נמוכה באחידות בעובי השכבה
קושי בקבלת שכבות דקות מאוד
קושי בגידול הטרו-מבנים רבים עקב אי-התאמה של פרמטרי הסריג, או חוסר שיווי משקל בין המצע והשכבה האפיטקסיאלית
קושי בקבלת שינויי הרכב וסימום חדים בממשקים
אפיטקסיה מפאזת אדים אורגנומתכתיים, המוכרת בראשי התיבות MOVPE (מאנגלית: Metalorganic Vapor Phase Epitaxy), או OMVPE (מאנגלית: Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy), או MOCVD (מאנגלית: Metalorganic Chemical Vapor Deposition), היא שיטת אפיטקסיה לגידול שכבות דקות של יסודות או תרכובות, בעיקר מוליכים למחצה (מל"מ), מהתרכובות האורגנו-מתכתיות של המרכיבים שלהם.
מגוון החומרים הניתנים לגידול באפיטקסיה מהמצב הגזי מוגבלת בדרך כלל על ידי האפשרות להביא את חומרי המוצא למצב צבירה זה.
הנדיפות הגבוהה של התרכובות האורגנו-מתכתיות, מאפשרת לגדל באמצעות MOVPE שכבות אפיטקסיאליות של חומרים רבים.
יש לה חשיבות תעשייתית רבה בייצור מוליכים למחצה מ בעיקר לגידול מל"מ מבוססי גליום ניטריד (GaN), שחשיבותם רבה כחומרי הבסיס ליצור דיודות פולטות אור (LED) כחול, ירוק ולבן.
התגובה הראשונה בין תרכבות אורגנו-מתכתית והידריד ליצירת תרכובת III-V דווחה לראשונה ב-1960 במעבדות של בקליבלנד, אוהיו.
במקרה זה שוקעה אבקה של (InP) מהתגובה בין (TMIn) ופוספין (PH3).
עם זאת, מציינים את 1968 כשנה שבה הומצאה השיטה על ידי מדען החומרים האמריקאי בנורת' אמריקן אוויאיישן (North American Aviation - NAA), כיום רוקוול אינטרנשיונל (Rockwell International).
הוא פיתח את השיטה עבור אפיטקסיה של גליום ארסניד (GaAs), ושל תרכובות Ga-V אחרות.
אחר כך גידל גם שכבות של מוליכים למחצה III-V, ו-IV-VI רבים אחרים, כולל הדיווח הראשון על הגידול של גליום ניטריד (GaN) חד גבישי ו (AlN) על ספיר (0001), תהליך המשמש לקראת תום הרבע הראשון של המאה ה-21 לייצור מסחרי של כל הנוריות פולטות אור (LEDs) באור הנראה.
בשנים הראשונות לאחר המצאת השיטה על ידי מנסוויט ושותפיו הייתה איכות השכבות, בעיקר מספר הפגמים בשכבות והביצועים החשמליים שלהן, ירודה.
זו הייתה התוצאה של ניקיון בלתי מספק של חומרי המוצא.
לקח יותר מעשור עד שבעיה זו נפתרה במידה נאותה להשגת ניידות אלקטרונים גבוהה מ-100,000 סמ"ר לוולט לשנייה.
הישג זה עשה את שיטת ה-MOVPE לבת-תחרות בשיטה האלטרנטיבית לאפיטקסיה של GaAs - שיטת האפיטקסיה של קרן מולקולרית (MBE), שהתחילה להתפתח באותן שנים.
הדבר נכון היה לא רק לטרנזיסטורים של ניידות מהירה (high-mobility) אלא גם, ובעיקר, להתפתחות של התקנים אלקטרו-אופטיים מתקדמים.
בעיקר, האפיטקסיה של מבנים שנתנו לייזרים עם סף הפעלה נמוך, המבוססים על בורות קוונטיים, הפכה את שיטת ה-MOVPE משיטה מעבדתית לשיטת אפיטקסיה תעשייתית.
הקלות שבה ניתן לגדל GaAs מ (TMGa) ו (AsH3) לא הייתה נחלת כלל התרכובות שניסו לגדל ב-MOVPE.
קושי רב היה בגידול שכבות מבוססות InP, בגלל תגובת הפילמור המוקדמת המתרחשת כאשר טרימתיל אינדיום (TMIn) ופוספין (PH3) נפגשים.
כדי לפתור בעיה זו התחילו לגדל שכבות ב-MOVPE בלחץ מופחת (כעשירית אטמוספירה).
החשיבות של פתרון זה הייתה בפתיחת הדרך לגידול סגסוגות טרנריות (למשל, ) וקווטרנריות (למשל, ) מתואמות סריג למצעי InP, שמהן הכינו לייזרים וגלאים לתחום התת-אדום הקרוב.
התקנים אלו נדרשו לשוק הגדל של תקשורת ארוכת טווח בסיבים אופטיים באורך גל של 1.5 מיקרון.
במקביל חלה התפתחות בגידול שכבות להתקנים בתחומי התת-אדום הארוכים יותר עבור גלאים להדמאה תרמית, לייזרים באורכי גל ארוכים והתקנים תרמו-וולטאיים.
שכבות אלו משותתות על תרכובות מכילות אנטימון (, GaSb, AlSb וסגסוגותיהם), או על סגסוגות של .
הבעיה בגידול תרכובות מכילות אנטימון היא, שבניגוד לגידול מוליכים למחצה מבוססי GaAs או InP, שלגידולם משתמשים בהידרידים של היסודות האל-מתכתיים, ההידריד של אנטימון (, SbH3) אינו יציב.
זה אילץ שימוש בתרכובות אורגנו-מתכתיות של אנטימון, למשל (טרימתיל אנטימון, TMSb), על כל הבעיות הכרוכות בכך (בעיקר זיהום השכבות בפחמן), וזאת בנוסף לבעיה של גבישים קטנים (גבישונים) של אנטימון על פני השטח, בגלל הנדיפות הנמוכה שלו, המונעת שימוש בעודף של אטומי V במהלך הגידול.
שיטת ה-MOVPE הפכה לתעשייתית לקראת סוף שנות ה-80 של המאה ה-20, בזכות פתרון בעיית הניקיון של התרכובות האורגנו-מתכתיות המשמשות כמגיבים (פרוקרסרים) בגידול, ובזכות הכניסה של מספר יצרני ציוד מסחריים לתחום בניית מכונות גידול של שכבות ב-MOVPE.
אבל הזינוק הגדול שלה חל בתחילת שנות ה-90 של אותה מאה, בעקבות ההצלחה במימוש דיודות פולטות אור כחול ולבן בשכבות מבוססות סגסוגות של מל"מ ניטרידים (InGaN ו-).
בשנות ה-80 וה-90 של המאה העשרים והעשור הראשון של המאה ה-21 התקיימה בטכניון פעילות מחקר בגידול MOVPE להתקנים מבוססי מוליכים למחצה ממשפחת III-As וממשפחת III-N, וכן בגידול .
במקביל התקיימה במרכז למחקר הגרעיני שורק פעילות בגידול HgCdTe ו-CdTe בשיטה, ואחר כך בגידולים של תרכובות III-V כולל גידול InSb ונקודות קוונטיות שלו.
פעילות חצי תעשייתית ב-MOVPE התקיימה בסייאופטיקס ביוקנעם עילית בגידול התקני על InP במערכת MOVPE תעשייתית Aixtron 2400G3 של חברת הגרמנית.
בעשורים השני והשלישי של המאה ה-21 מתקיימת פעילות מחקר ב-MOVPE במקומות הבאים:
במחלקה למדע והנדסה של חומרים, הפקולטה להנדסה, אוניברסיטת תל אביב: גידול של .
במרכז למחקר גרעיני שורק: גידול חומרים ממשפחת החומרים III-V (ארסנידים ואנטימונידים)
במרכז הישראלי לפוטוניקה מתקדמת, יבנה: גידול חומרים משפחת החומרים III-V (ארסנידים, פוספידים וניטרידים).
לתוך ריאקטור הגידול, שבתוכו מצוי מצע או מצעים מחוממים (נייחים או מסובבים), מזרימים את האדים של חומרי המוצא (הקרויים: פרוקרסרים).
למשל, לגידול אינדיום פוספיד (באיור העליון) מזרימים טרימתיל-אינדיום (TMIn) – In(CH3)3, ופוספין (PH3).
כאשר הגזים האלו פוגשים את המצע הם חווים פירוליזה קטליטית: ה-TMIn מתפרק לאטומי In ולרדיקלים מתיליים (CH3), והפוספין – לזרחן ולרדיקלים של מימן.
האטומים של In הספוחים, אך ניידים על פני השטח של המצע, מצטרפים לגביש באתר מועדף (למשל, שפת מדרגה או שפה של אי).
מולקולות הפוספין, המצויות בדרך כלל בעודף, מגיבות עם אינדיום שהצטרף לגביש, תוך שחרור רדיקלים של מימן.
אלו לוכדים את הרדיקלים המתיליים ליצירת מולקולות מתאן (CH4) המופרשות (desorb) מפני השטח, ונסחפות עם הגז הנושא (בדרך כלל מימן) ל (סקרבר).
הגז הנושא לוקח למערכת הנטרול גם חומרי המוצא שלא הגיבו.
ב-MOVPE מגדלים שכבות אפיטקסיאליות של תרכובות המכילות בדרך כלל מתכות.
מאחר שאי אפשר ליצור את האדים שלהן בטמפרטורות נמוכות (קרוב, ורצוי מתחת, לטמפרטורת החדר), כדי להסיעם בצנרת של מערכת הגידול, משתמשים בתרכובות האורגניות שלהן.
את האל-מתכות שבתרכובות שמגדלים מספקים בצורת ההידרידים שלהם, או גם כן כתרכבות אורגניות.
למשל, לגידול GaAs מזרימים (TMGa) – Ga(CH3)3, ו (AsH3) או כתרכובת אורגנית של ארסן, למשל טרצבוטילארסין [AsH2(CH3)3 או tBuAsH2 או TBA].
כדי לגדל סגסוגות, למשל , מזינים לריאקטור גם טרימתיל אלומיניום (TMAl) – Al(CH3)3. דוגמה אחרת היא גידול InAlP מטרימתיל אלומיניום וטרימתיל אינדיום (TMIn) – In(CH3)3 המוזנים לריאקטור בקו המתכות, ופוספין (PH3), המוזן בקו האל-מתכות.
לצורך סימום (אילוח) מזרימים גם כמויות קטנות של אדים או גזים של יסוד המסמם.
למשל, לסימום סוג p של התרכובות או הסגסוגות ממשפחת III-V אפשר להוסיף לתערובת הגזים שמוזרמת בקו המתכות (DEZn); ולצורך סימום בסוג n, אפשר להזרים בקו האל-מתכות סִילַן (SiH4).