Čo je epitaxia v kvapalnej fáze?

Liquid-phase epitaxy (LPE) je metóda na pestovanie vrstiev polovodičových kryštálov z taveniny na pevných substrátoch.

Vďaka jedinečným vlastnostiam SiC je pestovanie monokryštálov náročné. Konvenčné metódy rastu používané v polovodičovom priemysle, ako je metóda priameho ťahania a metóda zostupného téglika, sa nemôžu použiť kvôli absencii kvapalnej fázy Si:C=1:1 pri atmosférickom tlaku. Rastový proces vyžaduje tlak vyšší ako 105 atm a teplotu vyššiu ako 3200 °C, aby sa dosiahol stechiometrický pomer Si:C=1:1 v roztoku, podľa teoretických výpočtov.

Metóda v kvapalnej fáze je bližšie k podmienkam termodynamickej rovnováhy a je schopná pestovať kryštály SiC s lepšou kvalitou.

Teplota je vyššia pri stene téglika a nižšia pri zárodočnom kryštáli. Počas procesu rastu poskytuje grafitový téglik zdroj C pre rast kryštálov.

1. Vysoká teplota na stene téglika má za následok vysokú rozpustnosť C, čo vedie k rýchlemu rozpusteniu. To vedie k vytvoreniu nasýteného roztoku C na stene téglika prostredníctvom významného rozpustenia C.

2. Roztok so značným množstvom rozpusteného C je pomocou konvekčných prúdov pomocného roztoku transportovaný ku dnu zárodočného kryštálu. Nižšia teplota zárodočného kryštálu zodpovedá zníženiu rozpustnosti C, čo vedie k vytvoreniu C-nasýteného roztoku na nízkoteplotnom konci.

3. Keď sa presýtený C spojí so Si v pomocnom roztoku, kryštály SiC rastú epitaxne na zárodočnom kryštáli. Keď sa presýtený C vyzráža, roztok sa konvekciou vracia na vysokoteplotný koniec steny téglika, rozpúšťa C a vytvára nasýtený roztok.

Tento proces sa niekoľkokrát opakuje, čo nakoniec vedie k rastu hotových kryštálov SiC.