Vad är epitaxi i flytande fas?

Liquid-phase epitaxi (LPE) är en metod för att odla halvledarkristallskikt från smältan på fasta substrat.

SiC:s unika egenskaper gör det utmanande att odla enkristaller. De konventionella tillväxtmetoderna som används inom halvledarindustrin, såsom metoden med rak dragning och metoden med fallande degel, kan inte tillämpas på grund av frånvaron av en Si:C=1:1 vätskefas vid atmosfärstryck. Tillväxtprocessen kräver ett tryck högre än 105 atm och en temperatur högre än 3200°C för att uppnå ett stökiometriskt förhållande av Si:C=1:1 i lösningen, enligt teoretiska beräkningar.

Vätskefasmetoden är närmare de termodynamiska jämviktsförhållandena och kan odla SiC-kristaller med bättre kvalitet.

Temperaturen är högre nära degelväggen och lägre vid frökristallen. Under tillväxtprocessen tillhandahåller grafitdegeln en C-källa för kristalltillväxt.

1. Den höga temperaturen vid degelväggen resulterar i hög löslighet av C, vilket leder till snabb upplösning. Detta leder till bildandet av en C-mättad lösning vid degelväggen genom betydande C-upplösning.

2. Lösningen med en betydande mängd löst C transporteras mot frökristallens botten av hjälplösningens konvektionsströmmar. Frökristallens lägre temperatur motsvarar en minskning av C-lösligheten, vilket leder till bildandet av en C-mättad lösning vid lågtemperaturänden.

3. När det övermättade C kombineras med Si i hjälplösningen, växer SiC-kristaller epitaxiellt på frökristallen. När det övermättade C fälls ut, återgår lösningen med konvektion till degelväggens högtemperaturände, löser upp C och bildar en mättad lösning.

Denna process upprepas flera gånger, vilket så småningom leder till tillväxten av färdiga SiC-kristaller.