Sıvı faz epitaksi nedir?

Sıvı fazlı epitaksi (LPE), katı substratlar üzerindeki eriyikten yarı iletken kristal katmanları büyütmeye yönelik bir yöntemdir.

SiC'nin benzersiz özellikleri, tek kristallerin büyütülmesini zorlaştırır. Yarı iletken endüstrisinde kullanılan düz çekme yöntemi ve alçalan pota yöntemi gibi geleneksel büyütme yöntemleri, atmosferik basınçta Si:C=1:1 sıvı fazının bulunmaması nedeniyle uygulanamamaktadır. Büyüme süreci, teorik hesaplamalara göre çözeltide Si:C=1:1 stokiyometrik oranına ulaşmak için 105 atm'den daha yüksek bir basınç ve 3200°C'den daha yüksek bir sıcaklık gerektirir.

Sıvı faz yöntemi termodinamik denge koşullarına daha yakın olup SiC kristallerini daha iyi kalitede büyütebilmektedir.

Sıcaklık pota duvarının yakınında daha yüksek ve tohum kristalinde daha düşüktür. Büyüme süreci sırasında grafit pota, kristal büyümesi için bir C kaynağı sağlar.

1. Pota duvarındaki yüksek sıcaklık, C'nin yüksek çözünürlüğüne neden olur ve bu da hızlı çözünmeye yol açar. Bu, önemli C çözünmesi yoluyla pota duvarında C doymuş bir çözeltinin oluşmasına yol açar.

2. Önemli miktarda çözünmüş C içeren çözelti, yardımcı çözeltinin konveksiyon akımları tarafından tohum kristalinin tabanına doğru taşınır. Tohum kristalinin düşük sıcaklığı, C çözünürlüğünde bir azalmaya karşılık gelir ve düşük sıcaklık ucunda C-doymuş bir çözeltinin oluşmasına yol açar.

3. Aşırı doymuş C, yardımcı çözeltideki Si ile birleştiğinde, SiC kristalleri tohum kristal üzerinde epitaksiyel olarak büyür. Aşırı doymuş C çökeldikçe, konveksiyonlu çözelti pota duvarının yüksek sıcaklık ucuna geri döner, C'yi çözer ve doymuş bir çözelti oluşturur.

Bu süreç birçok kez tekrarlanır ve sonuçta bitmiş SiC kristallerinin büyümesine yol açar.