Hva er væskefase-epitaksi?

Liquid-phase epitaxy (LPE) er en metode for å dyrke halvlederkrystalllag fra smelten på faste underlag.

De unike egenskapene til SiC gjør det utfordrende å dyrke enkeltkrystaller. De konvensjonelle vekstmetodene som brukes i halvlederindustrien, slik som metoden for rett trekking og metoden med synkende smeltedigel, kan ikke brukes på grunn av fraværet av en Si:C=1:1 væskefase ved atmosfærisk trykk. Vekstprosessen krever et trykk større enn 105 atm og en temperatur høyere enn 3200°C for å oppnå et støkiometrisk forhold på Si:C=1:1 i løsningen, i henhold til teoretiske beregninger.

Væskefasemetoden er nærmere de termodynamiske likevektsforholdene og er i stand til å dyrke SiC-krystaller med bedre kvalitet.

Temperaturen er høyere nær smeltedigelveggen og lavere ved frøkrystallen. Under vekstprosessen gir grafittdigelen en C-kilde for krystallvekst.

1. Den høye temperaturen ved smeltedigelveggen resulterer i høy løselighet av C, noe som fører til rask oppløsning. Dette fører til dannelse av en C-mettet løsning ved smeltedigelveggen gjennom betydelig C-oppløsning.

2. Løsningen med en betydelig mengde oppløst C transporteres mot frøkrystallens bunn av hjelpeløsningens konveksjonsstrømmer. Frøkrystallens lavere temperatur tilsvarer en reduksjon i C-løselighet, noe som fører til dannelse av en C-mettet løsning ved lavtemperaturenden.

3. Når den overmettede C kombineres med Si i hjelpeløsningen, vokser SiC-krystaller epitaksialt på frøkrystallen. Når den overmettede C utfelles, går løsningen med konveksjon tilbake til smeltedigelveggens høytemperaturende, og løser opp C og danner en mettet løsning.

Denne prosessen gjentas flere ganger, og fører til slutt til vekst av ferdige SiC-krystaller.