موقعیت‌ها و توسعه‌ها در موضوع رشد گالیوم آرسنیک بر روی سیلیسیوم

گالیوم آرسنید (GaAs) ماده نسبتاً جدیدی است كه در عرصه تكنولوژی نیمرساناها پدید آمده است. كارآیی این ماده از سیلیسیوم، كه ماده‌ای مشهور و بسیار متداول است، به مراتب نوید بخش‌تر است. رشد با كیفیت عالی GaAs بر روی پایه (یا زیر لایه) سیلسیوم به كمك فرایند معروف به برآرست باریكه مولكولی (MBE)، این نوید را می دهد كه در زمینه مخابرات و تراشه‌های كامپیوتر دگرگونی‌های بنیادیی به وجود آید.
از گداخت این سیستم‌های دو ماده‌ای تركیب دورگه‌ای به دست می‌آید كه در آن از مزیت‌های هر دو ماده GaAs و Si استفاده می‌شود. تكنولوژی بسیار پیشرفته تراشه‌های با پایه Si، و كیفیت عالی، رسانندگی گرمایی، قدرت و اندازه زیر لایه‌های Si شالوده ایده آلی برای وسایل نیمرساناست. از سوی دیگر، علامت‌های الكتریكی از GaAs خیلی سریعتر از Si عبور می‌كنند و تحریك GaAs با علامتهای الكتریكی منجر به گسیل نور می شود.
تركیب GaAs با Si امكانات جالبی به وجود می‌آورد. مدارهای یكپارچه تك سنگ GaAs و Si ارتباط تراشه – به تراشه را از طریق علامت‌های نوری امكان پذیر می سازد. اخیراً موفقیت این تكنولوژی با گزارشهایی از عمل لیزرهای GaAs رشد داده شده بر روی Si در دمای اتاق تأیید شده است. از وسایل GaAs با جریان زیاد می‌توان به عنوان خروجی یا محرك‌های اتصال برای مدارهای منطقی ترانزیستوری با جریان كم (نیمرسانای اكسید فلز با كانال N سیلسیوم SiNMOS) استفاده كرد و سرعت كار كامپیوترها را در مجموع افزایش داد. ارائه این دو رگه سازی توجه محافل صنعتی را به خود جلب كرده است.
افزایش فعالیت در این تكنولوژی پیامد پیدا شدن راه حل‌های تازه‌ای برای دو مشكل جدی بوده است. یكی از مشكلات این است كه فاصله میان اتم‌ها در GaAs به اندازه 4% از فاصله میان اتم‌ها در Si بیشتر است. چون فیلم‌های نازك نیمرسانا (لایه برآرستی) از لحاظ اندازه و ساختار به مانند زیر لایه رشد می‌كنند. این ناهمسازی فاصله‌ها باعث ایجاد كشش و در نتیجه ایجاد ناكاملی می‌شود. این درزهای ساختاری، كه در رفتگی‌های ناجور نامیده می‌شوند، كارآیی الكتریكی و اپتیكی وسایلی از قبیل ترانزیستورها و لیزرها را كاهش می‌دهند. این مشكل با انتخاب سمتیت مناسب برای زیر لایه (نحوه بریدن زیر لایه از كپه بلور) و رشد سدهای دررفتگی برطرف می‌شود. كیفیتی كه برای كنترل كاستی با این تكنیك‌ها به دست می‌آید، با نتایج عالی حاصل از ترانزیستورهای دو حاملی با پیوندگاه ناهمگن رشد داده بر روی Si، تأیید شده است. این ترانزیستورها، كه مشخصه‌های ترابرد الكتریكی منحصر به فرد دارند، نسبت به كاستی‌ها بسیار حساس‌اند. مشكل دیگر وقتی به وجود می‌آید كه بخواهیم یك آرایش همدوس از اتم‌های مواد قطبی (در این حالت GaAs) بر روی زیر لایه غیر قطبی (Si) داشته باشیم. به كمك MBE می‌توان تك لایه‌ای از اتم‌های As یا Ga بر روی زیر لایه رسوب داد. در این فرآیند رشد بلور، از تبخی دقیقاً كنترل شده مواد بر روی یك زیر لایه، در خلأ بسیار بالا، استفاده می‌شود. این روش با تضمین موضع‌های مناسب برای اتم‌های Ga و As راه حل ظریفی برای این مسئله فراهم آورده است. دامنه توانایی‌های تكنولوژی رشد دادن GaAs بر روی Si وسیع است. نتایج اولیه نشان داده است كه سیستم دیگری مانند كادمیوم تلورید جیوه، كه كاربرد ویژه آن در آشكارسازی نوری است، می‌تواند بر روی زیر لایه سیلسیوم با اندود GaAs رشد داده شود. چون مدار پردازش علامت می‌تواند بر روی زیر لایه Si قرار بگیرد، این امر آشكارسازی نوری را بهبود می‌بخشد. یك امكان جالب دیگر، كاربرد كلسیم فلوئورید به عنوان عایق میان لایه‌های GaAs است، كه ساختن مدارهای سه بعدی را امكان پذیر می سازد. در كامپیوتر از GaAs برای تسریع در اجرای عملیاتی كه در آن‌ها زمان اهمیت فوق العاده دارد استفاده می‌شود، در حالی كه Si برای اجرای عملیاتی كه در آنها زمان اهمیت كمتری دارد به كار می‌رود. این كیفیت نوید می‌دهد كه تنگناهایی كه فعلاً پردازش داده‌ها و سرعت سیستم‌های كامپیوتری را در مجموع محدود می‌سازد تخفیف پیدا كنند. رشد دادن GaAs بر روی Si، در واقع، بهترین كیفیت‌های سیستم‌های هر ماده را عرضه می‌كند و پیشی گرفتن بر هر دو ماده را در كاربردهای الكترونیكی و اپتو الكترونیكی سریع نوید می‌دهد.