Qu’est-ce que l’épitaxie en phase liquide ?

L'épitaxie en phase liquide (LPE) est une méthode permettant de faire croître des couches de cristaux semi-conducteurs à partir de la fusion sur des substrats solides.

Les propriétés uniques du SiC rendent difficile la croissance de monocristaux. Les méthodes de croissance conventionnelles utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs, telles que la méthode de tirage droit et la méthode du creuset descendant, ne peuvent pas être appliquées en raison de l'absence de phase liquide Si:C=1:1 à pression atmosphérique. Le processus de croissance nécessite une pression supérieure à 105 atm et une température supérieure à 3 200 °C pour atteindre un rapport stoechiométrique de Si:C=1:1 dans la solution, selon les calculs théoriques.

La méthode en phase liquide est plus proche des conditions d’équilibre thermodynamique et permet de faire croître des cristaux de SiC de meilleure qualité.

La température est plus élevée près de la paroi du creuset et plus basse au niveau du germe cristallin. Pendant le processus de croissance, le creuset en graphite fournit une source de C pour la croissance des cristaux.

1. La température élevée au niveau de la paroi du creuset entraîne une solubilité élevée du C, conduisant à une dissolution rapide. Cela conduit à la formation d’une solution saturée de C au niveau de la paroi du creuset par dissolution importante du C.

2. La solution contenant une quantité considérable de C dissous est transportée vers le fond du cristal germe par les courants de convection de la solution auxiliaire. La température plus basse du germe cristallin correspond à une diminution de la solubilité du C, conduisant à la formation d'une solution saturée en C à l'extrémité basse température.

3. Lorsque le C sursaturé se combine avec le Si dans la solution auxiliaire, les cristaux de SiC se développent par épitaxie sur le cristal germe. Au fur et à mesure que le C sursaturé précipite, la solution par convection retourne à l'extrémité haute température de la paroi du creuset, dissolvant le C et formant une solution saturée.

Ce processus se répète plusieurs fois, conduisant finalement à la croissance de cristaux de SiC finis.