Co je epitaxe v kapalné fázi?

Liquid-phase epitaxy (LPE) je metoda pro růst vrstev polovodičových krystalů z taveniny na pevných substrátech.

Díky jedinečným vlastnostem SiC je pěstování monokrystalů náročné. Konvenční růstové metody používané v polovodičovém průmyslu, jako je metoda přímého tažení a metoda sestupného kelímku, nelze použít kvůli absenci Si:C=1:1 kapalné fáze při atmosférickém tlaku. Růstový proces vyžaduje tlak vyšší než 105 atm a teplotu vyšší než 3200 °C k dosažení stechiometrického poměru Si:C=1:1 v roztoku, podle teoretických výpočtů.

Metoda v kapalné fázi se blíží podmínkám termodynamické rovnováhy a umožňuje růst krystalů SiC s lepší kvalitou.

Teplota je vyšší u stěny kelímku a nižší u zárodečného krystalu. Během procesu růstu poskytuje grafitový kelímek zdroj C pro růst krystalů.

1. Vysoká teplota na stěně kelímku má za následek vysokou rozpustnost C, což vede k rychlému rozpouštění. To vede k vytvoření nasyceného roztoku C na stěně kelímku prostřednictvím významného rozpouštění C.

2. Roztok se značným množstvím rozpuštěného C je konvekčními proudy pomocného roztoku transportován ke dnu zárodečného krystalu. Nižší teplota zárodečného krystalu odpovídá snížení rozpustnosti C, což vede k vytvoření C-nasyceného roztoku na nízkoteplotním konci.

3. Když se přesycený C spojí s Si v pomocném roztoku, krystaly SiC rostou epitaxně na zárodečném krystalu. Jak se přesycený C vysráží, roztok se konvekcí vrací na vysokoteplotní konec stěny kelímku, rozpouští C a tvoří nasycený roztok.

Tento proces se několikrát opakuje a nakonec vede k růstu hotových krystalů SiC.