Co to jest epitaksja w fazie ciekłej?

Epitaksja w fazie ciekłej (LPE) to metoda hodowania warstw kryształów półprzewodników ze stopu na stałych podłożach.

Unikalne właściwości SiC utrudniają hodowlę monokryształów. Konwencjonalne metody wzrostu stosowane w przemyśle półprzewodników, takie jak metoda ciągnięcia prostego i metoda tygla opadającego, nie mogą być stosowane ze względu na brak fazy ciekłej Si:C=1:1 pod ciśnieniem atmosferycznym. Proces wzrostu wymaga ciśnienia większego niż 105 atm i temperatury wyższej niż 3200°C, aby osiągnąć w roztworze stosunek stechiometryczny Si:C=1:1, zgodnie z obliczeniami teoretycznymi.

Metoda fazy ciekłej jest bliższa warunkom równowagi termodynamicznej i pozwala na hodowlę kryształów SiC o lepszej jakości.

Temperatura jest wyższa w pobliżu ścian tygla i niższa w krysztale zaszczepiającym. Podczas procesu wzrostu tygiel grafitowy stanowi źródło C do wzrostu kryształów.

1. Wysoka temperatura na ściance tygla powoduje wysoką rozpuszczalność C, co prowadzi do szybkiego rozpuszczenia. Prowadzi to do powstania nasyconego roztworu C na ściance tygla poprzez znaczne rozpuszczenie C.

2. Roztwór zawierający znaczną ilość rozpuszczonego C transportowany jest w kierunku dna kryształu zaszczepiającego za pomocą prądów konwekcyjnych roztworu pomocniczego. Niższa temperatura kryształu zaszczepiającego odpowiada spadkowi rozpuszczalności C, co prowadzi do utworzenia nasyconego roztworu C w końcu niskotemperaturowym.

3. Kiedy przesycony C łączy się z Si w roztworze pomocniczym, kryształy SiC rosną epitaksjalnie na krysztale zaszczepiającym. Gdy przesycony C wytrąca się, roztwór z konwekcją powraca do wysokotemperaturowego końca ścianki tygla, rozpuszczając C i tworząc roztwór nasycony.

Proces ten powtarza się wielokrotnie, ostatecznie prowadząc do wzrostu gotowych kryształów SiC.