Dlaczego warto wybrać metodę epitaksji w fazie ciekłej?

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.

W porównaniu z metodą PVT, metoda hodowli SiC w fazie ciekłej ma następujące zalety:

1. low dislocation density. the problem of dislocations in SiC substrates has been the key to constrain the performance of SiC devices. Penetrating dislocations and microtubules in the substrate are transferred to the epitaxial growth, increasing the leakage current of the device and reducing the blocking voltage and breakdown electric field. On the one hand, the liquid-phase growth method can significantly reduce the growth temperature, reduce the dislocations caused by thermal stress during cooling down from the high-temperature state, and effectively inhibit the generation of dislocations during the growth process. On the other hand, the liquid-phase growth process can realize the conversion between different dislocations, the Threading Screw Dislocation (TSD) or Threading Edge Dislocation (TED) is transformed into stacking fault (SF) during the growth process, changing the propagation direction, and finally discharged into the layer fault. The propagation direction is changed and finally discharged to the outside of the crystal, realizing the decrease of dislocation density in the growing crystal. Thus, high-quality SiC crystals with no microtubules and low dislocation density can be obtained to improve the performance of SiC-based devices.

2. Łatwo jest zrealizować podłoże o większym rozmiarze. Metoda PVT, ze względu na temperaturę poprzeczną, jest trudna do kontrolowania, jednocześnie stan fazy gazowej w przekroju jest trudny do utworzenia stabilnego rozkładu temperatury, im większa średnica, tym dłuższy czas formowania, tym trudniej kontrolować, koszt i czasochłonność są duże. Metoda fazy ciekłej pozwala na stosunkowo proste rozszerzanie średnicy poprzez technikę uwalniania ramion, co pozwala szybko uzyskać większe podłoża.

3. Można wytworzyć kryształy typu P. Metoda fazy ciekłej ze względu na wysokie ciśnienie wzrostu, temperatura jest stosunkowo niska, a w warunkach Al nie jest łatwa do ulatniania się i utraty, metoda fazy ciekłej z zastosowaniem roztworu topnika z dodatkiem Al może być łatwiejsza do uzyskania wysokiej stężenie nośnika kryształów SiC typu P. Metoda PVT wymaga wysokiej temperatury, parametr typu P łatwo ulega ulatnieniu.

Podobnie metoda fazy ciekłej również napotyka pewne trudne problemy, takie jak sublimacja topnika w wysokich temperaturach, kontrola stężenia zanieczyszczeń w rosnącym krysztale, owijanie topnika, tworzenie pływających kryształów, resztkowe jony metali we współrozpuszczalniku i stosunek C: Si musi być ściśle kontrolowane w stosunku 1:1 i występują inne trudności.