Epitaxy pha lỏng là gì?

Epitaxy pha lỏng (LPE) là phương pháp phát triển các lớp tinh thể bán dẫn từ sự tan chảy trên chất nền rắn.

Các đặc tính độc đáo của SiC khiến việc phát triển các tinh thể đơn lẻ trở nên khó khăn. Các phương pháp tăng trưởng thông thường được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn, chẳng hạn như phương pháp kéo thẳng và phương pháp nồi nấu giảm dần, không thể áp dụng do không có pha lỏng Si:C=1:1 ở áp suất khí quyển. Quá trình tăng trưởng đòi hỏi áp suất lớn hơn 105 atm và nhiệt độ cao hơn 3200°C để đạt được tỷ lệ cân bằng hóa học Si:C=1:1 trong dung dịch, theo tính toán lý thuyết.

Phương pháp pha lỏng gần với điều kiện cân bằng nhiệt động hơn và có thể phát triển tinh thể SiC với chất lượng tốt hơn.

Nhiệt độ cao hơn ở gần thành nồi và thấp hơn ở tinh thể hạt. Trong quá trình phát triển, nồi nấu bằng than chì cung cấp nguồn C cho sự phát triển của tinh thể.

1. Nhiệt độ cao ở thành nồi nấu kim loại dẫn đến độ hòa tan cao của C, dẫn đến sự hòa tan nhanh. Điều này dẫn đến sự hình thành dung dịch bão hòa C ở thành nồi nấu kim loại thông qua sự hòa tan đáng kể C.

2. Dung dịch có lượng C hòa tan đáng kể được vận chuyển xuống đáy tinh thể mầm nhờ dòng đối lưu của dung dịch phụ. Nhiệt độ thấp hơn của tinh thể mầm tương ứng với sự giảm độ hòa tan C, dẫn đến sự hình thành dung dịch bão hòa C ở đầu nhiệt độ thấp.

3. Khi C siêu bão hòa kết hợp với Si trong dung dịch phụ, tinh thể SiC phát triển epitaxy trên tinh thể mầm. Khi C siêu bão hòa kết tủa, dung dịch có sự đối lưu quay trở lại đầu nhiệt độ cao của thành nồi nấu kim loại, hòa tan C và tạo thành dung dịch bão hòa.

Quá trình này lặp đi lặp lại nhiều lần, cuối cùng dẫn đến sự phát triển của tinh thể SiC thành phẩm.