Wat is vloeistoffase-epitaxie?

Vloeistoffase-epitaxie (LPE) is een methode om halfgeleiderkristallagen uit de smelt op vaste substraten te laten groeien.

De unieke eigenschappen van SiC maken het een uitdaging om enkele kristallen te kweken. De conventionele groeimethoden die in de halfgeleiderindustrie worden gebruikt, zoals de straight pull-methode en de dalende smeltkroes-methode, kunnen niet worden toegepast vanwege de afwezigheid van een Si:C=1:1 vloeibare fase bij atmosferische druk. Het groeiproces vereist een druk groter dan 105 atm en een temperatuur hoger dan 3200°C om een ​​stoichiometrische verhouding van Si:C=1:1 in de oplossing te bereiken, volgens theoretische berekeningen.

De vloeistoffasemethode ligt dichter bij de thermodynamische evenwichtsomstandigheden en kan SiC-kristallen met betere kwaliteit laten groeien.

De temperatuur is hoger nabij de kroeswand en lager bij het entkristal. Tijdens het groeiproces levert de grafietkroes een C-bron voor kristalgroei.

1. De hoge temperatuur aan de kroeswand resulteert in een hoge oplosbaarheid van C, wat leidt tot een snelle oplossing. Dit leidt tot de vorming van een verzadigde C-oplossing aan de kroeswand door aanzienlijke C-oplossing.

2. De oplossing met een aanzienlijke hoeveelheid opgelost C wordt door de convectiestromen van de hulpoplossing naar de bodem van het entkristal getransporteerd. De lagere temperatuur van het entkristal komt overeen met een afname van de C-oplosbaarheid, wat leidt tot de vorming van een C-verzadigde oplossing aan het lage temperatuuruiteinde.

3. Wanneer de oververzadigde C zich combineert met het Si in de hulpoplossing, groeien SiC-kristallen epitaxiaal op het kiemkristal. Terwijl de oververzadigde C neerslaat, keert de oplossing met convectie terug naar het hoge temperatuuruiteinde van de kroeswand, waarbij C wordt opgelost en een verzadigde oplossing wordt gevormd.

Dit proces herhaalt zich meerdere keren, wat uiteindelijk leidt tot de groei van afgewerkte SiC-kristallen.