Cos'è l'epitassia in fase liquida?

L'epitassia in fase liquida (LPE) è un metodo per far crescere strati di cristalli semiconduttori dalla fusione su substrati solidi.

Le proprietà uniche del SiC rendono difficile la crescita dei singoli cristalli. I metodi di crescita convenzionali utilizzati nell'industria dei semiconduttori, come il metodo di estrazione diretta e il metodo del crogiolo discendente, non possono essere applicati a causa dell'assenza di una fase liquida Si:C=1:1 a pressione atmosferica. Il processo di crescita richiede una pressione superiore a 105 atm e una temperatura superiore a 3200°C per ottenere nella soluzione un rapporto stechiometrico Si:C=1:1, come da calcoli teorici.

Il metodo in fase liquida è più vicino alle condizioni di equilibrio termodinamico ed è in grado di far crescere cristalli di SiC con una qualità migliore.

La temperatura è più alta vicino alla parete del crogiolo e più bassa nel cristallo-seme. Durante il processo di crescita, il crogiolo di grafite fornisce una fonte di C per la crescita dei cristalli.

1. L'elevata temperatura sulla parete del crogiolo determina un'elevata solubilità del C, portando a una rapida dissoluzione. Ciò porta alla formazione di una soluzione satura di C sulla parete del crogiolo attraverso una significativa dissoluzione del C.

2. La soluzione con una notevole quantità di C disciolto viene trasportata verso il fondo del seme di cristallo dalle correnti convettive della soluzione ausiliaria. La temperatura più bassa del cristallo seme corrisponde a una diminuzione della solubilità del C, che porta alla formazione di una soluzione satura di C all'estremità a bassa temperatura.

3. Quando il C sovrasaturo si combina con il Si nella soluzione ausiliaria, i cristalli di SiC crescono epitassialmente sul cristallo seme. Quando il C soprasaturo precipita, la soluzione per convezione ritorna all'estremità ad alta temperatura della parete del crogiolo, sciogliendo il C e formando una soluzione satura.

Questo processo si ripete più volte, portando infine alla crescita di cristalli di SiC finiti.