Apa itu epitaksi fase cair?

Epitaksi fase cair (LPE) adalah metode untuk menumbuhkan lapisan kristal semikonduktor dari lelehan pada substrat padat.

Sifat unik SiC menjadikannya tantangan untuk menumbuhkan kristal tunggal. Metode pertumbuhan konvensional yang digunakan dalam industri semikonduktor, seperti metode tarikan lurus dan metode wadah menurun, tidak dapat diterapkan karena tidak adanya fase cair Si:C=1:1 pada tekanan atmosfer. Proses pertumbuhan memerlukan tekanan lebih besar dari 105 atm dan suhu lebih tinggi dari 3200°C untuk mencapai rasio stoikiometri Si:C=1:1 dalam larutan, sesuai perhitungan teoritis.

Metode fase cair lebih mendekati kondisi kesetimbangan termodinamika dan mampu menumbuhkan kristal SiC dengan kualitas lebih baik.

Suhu lebih tinggi di dekat dinding wadah dan lebih rendah di kristal benih. Selama proses pertumbuhan, wadah grafit menyediakan sumber C untuk pertumbuhan kristal.

1. Suhu tinggi pada dinding wadah menghasilkan kelarutan C yang tinggi, sehingga menyebabkan pembubaran yang cepat. Hal ini mengarah pada pembentukan larutan jenuh C pada dinding wadah melalui pelarutan C yang signifikan.

2. Larutan dengan sejumlah besar C terlarut diangkut menuju dasar kristal benih melalui arus konveksi larutan tambahan. Suhu kristal benih yang lebih rendah berhubungan dengan penurunan kelarutan C, yang mengarah pada pembentukan larutan jenuh C pada ujung suhu rendah.

3. Ketika C lewat jenuh bergabung dengan Si dalam larutan tambahan, kristal SiC tumbuh secara epitaksial pada kristal benih. Saat C lewat jenuh mengendap, larutan dengan konveksi kembali ke ujung dinding wadah yang bersuhu tinggi, melarutkan C dan membentuk larutan jenuh.

Proses ini berulang beberapa kali, yang pada akhirnya mengarah pada pertumbuhan kristal SiC yang sudah jadi.