Kaj je tekočefazna epitaksija?

Tekočefazna epitaksija (LPE) je metoda za rast polprevodniških kristalnih plasti iz taline na trdnih substratih.

Zaradi edinstvenih lastnosti SiC je gojenje posameznih kristalov zahtevno. Običajnih metod rasti, ki se uporabljajo v industriji polprevodnikov, kot sta metoda ravnega vlečenja in metoda padajočega lončka, ni mogoče uporabiti zaradi odsotnosti tekoče faze Si:C=1:1 pri atmosferskem tlaku. Proces rasti zahteva tlak, višji od 105 atm, in temperaturo, višjo od 3200 °C, da se doseže stehiometrično razmerje Si:C=1:1 v raztopini, kot je razvidno iz teoretičnih izračunov.

Metoda tekoče faze je bližje pogojem termodinamičnega ravnovesja in omogoča boljšo kakovostno gojenje kristalov SiC.

Temperatura je višja ob steni lončka in nižja pri zarodnem kristalu. Med procesom rasti grafitni lonček zagotavlja vir C za rast kristalov.

1. Visoka temperatura na steni lončka povzroči visoko topnost C, kar povzroči hitro raztapljanje. To vodi do tvorbe nasičene raztopine C na steni lončka z znatnim raztapljanjem C.

2. Raztopina z veliko količino raztopljenega C se s konvekcijskimi tokovi pomožne raztopine prenaša proti dnu zarodnega kristala. Nižja temperatura zarodnega kristala ustreza zmanjšanju topnosti C, kar vodi do tvorbe C-nasičene raztopine na koncu nizke temperature.

3. Ko se prenasičeni C združi s Si v pomožni raztopini, kristali SiC zrastejo epitaksialno na začetnem kristalu. Ko se prenasičeni C obori, se raztopina s konvekcijo vrne na visokotemperaturni konec stene lončka, pri čemer se C raztopi in tvori nasičeno raztopino.

Ta proces se večkrat ponovi, kar na koncu vodi do rasti končnih kristalov SiC.