Was ist Flüssigphasenepitaxie?

Flüssigphasenepitaxie (LPE) ist eine Methode, um Halbleiterkristallschichten aus der Schmelze auf festen Substraten wachsen zu lassen.

Die einzigartigen Eigenschaften von SiC machen die Züchtung von Einkristallen zu einer Herausforderung. Die herkömmlichen Wachstumsmethoden, die in der Halbleiterindustrie verwendet werden, wie das Direktziehverfahren und das absteigende Tiegelverfahren, können aufgrund des Fehlens einer Si:C=1:1-Flüssigphase bei Atmosphärendruck nicht angewendet werden. Der Wachstumsprozess erfordert einen Druck von mehr als 105 atm und eine Temperatur von mehr als 3200 °C, um gemäß theoretischen Berechnungen ein stöchiometrisches Verhältnis von Si:C = 1:1 in der Lösung zu erreichen.

Die Flüssigphasenmethode liegt näher an den thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen und ist in der Lage, SiC-Kristalle mit besserer Qualität zu züchten.

In der Nähe der Tiegelwand ist die Temperatur höher und am Impfkristall niedriger. Während des Wachstumsprozesses stellt der Graphittiegel eine C-Quelle für das Kristallwachstum dar.

1. Die hohe Temperatur an der Tiegelwand führt zu einer hohen Löslichkeit von C, was zu einer schnellen Auflösung führt. Dies führt zur Bildung einer C-gesättigten Lösung an der Tiegelwand durch erhebliche C-Auflösung.

2. Die Lösung mit einer beträchtlichen Menge an gelöstem C wird durch die Konvektionsströme der Hilfslösung zum Boden des Impfkristalls transportiert. Die niedrigere Temperatur des Impfkristalls entspricht einer Abnahme der C-Löslichkeit, was zur Bildung einer C-gesättigten Lösung am Ende der niedrigen Temperatur führt.

3. Wenn sich das übersättigte C mit dem Si in der Hilfslösung verbindet, wachsen SiC-Kristalle epitaktisch auf dem Impfkristall. Während das übersättigte C ausfällt, kehrt die Lösung durch Konvektion zum Hochtemperaturende der Tiegelwand zurück, löst C auf und bildet eine gesättigte Lösung.

Dieser Vorgang wiederholt sich mehrmals und führt schließlich zum Wachstum fertiger SiC-Kristalle.