O que é epitaxia em fase líquida?

A epitaxia em fase líquida (LPE) é um método para fazer crescer camadas de cristais semicondutores a partir do fundido em substratos sólidos.

As propriedades únicas do SiC tornam um desafio o cultivo de monocristais. Os métodos convencionais de crescimento utilizados na indústria de semicondutores, como o método de tração direta e o método do cadinho descendente, não podem ser aplicados devido à ausência de uma fase líquida Si:C=1:1 à pressão atmosférica. O processo de crescimento requer uma pressão superior a 105 atm e uma temperatura superior a 3200°C para atingir uma razão estequiométrica de Si:C=1:1 na solução, conforme cálculos teóricos.

O método da fase líquida está mais próximo das condições de equilíbrio termodinâmico e é capaz de cultivar cristais de SiC com melhor qualidade.

A temperatura é mais alta perto da parede do cadinho e mais baixa no cristal semente. Durante o processo de crescimento, o cadinho de grafite fornece uma fonte de C para o crescimento do cristal.

1. A alta temperatura na parede do cadinho resulta em alta solubilidade de C, levando a uma rápida dissolução. Isto leva à formação de uma solução saturada de C na parede do cadinho através de uma dissolução significativa de C.

2. A solução com uma quantidade considerável de C dissolvido é transportada para o fundo do cristal semente pelas correntes de convecção da solução auxiliar. A temperatura mais baixa do cristal semente corresponde a uma diminuição na solubilidade do C, levando à formação de uma solução saturada de C na extremidade de baixa temperatura.

3. Quando o C supersaturado se combina com o Si na solução auxiliar, os cristais de SiC crescem epitaxialmente no cristal semente. À medida que o C supersaturado precipita, a solução com convecção retorna para a extremidade de alta temperatura da parede do cadinho, dissolvendo o C e formando uma solução saturada.

Este processo se repete várias vezes, eventualmente levando ao crescimento de cristais de SiC acabados.