הצגת המקור של הדף "אפיטקסיה מהפאזה הנוזלית"

'''אפיטקסיה מהפאזה הנוזלית''' (ב[[אנגלית]]: ''' liquid phase epitaxy''', בראשי תיבות: '''LPE''') היא שיטת גידול גבישים [[אפיטקסיה|אפיטקסיאלית]] המתרחשת ב{{קישור שפה|2=Interface (matter)|3=ממשק בין חומרים|4=ממשק}} שבין [[נוזל]] ובין [[מצע (מדעי החומרים)|מצע]] [[מוצק]], {{קישור שפה|2=Single crystal|3=חד-גבישי}}. כבשאר שיטות האפיטקסיה משמשת LPE לגידול [[שכבה דקה|שכבות דקות]] חד-גבישיות על מצע חד-גבישי אחר עבה יותר. היא נבדלת מהשיטות האחרות בכך שחומר המוצא לגידול (פאזת ההזנה) נמצא ב[[מצב צבירה]] נוזלי. LPE היא אחת השיטות הוותיקות לגידול שכבות אפיטקסיאליות. גם לקראת סוף הרבע הראשון של [[המאה ה-21]], מייצרים בשיטה זו כמויות גדולות של [[פרוסת סיליקון|פרוסות של מוליכים למחצה]], וחומרים אחרים.

== היסטוריה ==
גידול ה-LPE הראשון של {{קישור שפה|2=Semiconductor device|3=התקני מוליכים למחצה}} מ{{קישור שפה|2=Category:III-V compounds|3=משפחת החומרים III-V}} בוצע ב-1963 על ידי ה. נלסון (Nelson) מ[[מעבדות RCA]] ב[[פרינסטון (ניו ג'רזי)|פרינסטון]], [[ניו ג'רזי]].<ref>{{צ-מאמר|מחבר=H. Nelson|שם=Epitaxial growth from the liquid state and its application to the fabrication of tunnel and laser diodes|כתב עת=RCA Review|כרך=24|שנת הוצאה=1963|עמ=603|קישור=https://www.worldradiohistory.com/ARCHIVE-RCA/RCA-Review/RCA-Review-1963-12.pdf}}</ref> נלסון גידל במערכת הטיה התקני [[צומת PN|צומת p-n]] ב-[[גליום ארסניד|GaAs]] ל[[לייזר]]ים ול[[דיודת מנהרה|דיודות מינהור]] על ידי שימוש בתמיסת GaAs ב[[בדיל]] לגידול שכבת GaAs מסוג n על מצע GaAs מסוג p. הוא פיתח גם את היכולת לגדל שכבות [[אילוח (מוליכים למחצה)|מסוממות]] n או p מתמיסות של GaAs ב[[גליום]] עם תוספת קטנה של [[טלור]] או [[אבץ]], בהתאמה. ב-1969 פיתחו חוקרים ב[[מעבדות בל]] בניו-ג'רזי את שיטת הסרגל לגידול GaAs לאותם צרכים.<ref>{{צ-מאמר|מחבר=M.B. Panish, I. Hayashi, and S. Sumsk|שם=A Technique for the Preparation of Low-Threshold Room Temperature GaAs Laser Diode Structures|כתב עת=IEEE. Journal of Quantum Electronics|כרך=5 (4)|שנת הוצאה=1969|עמ=210-211|קישור=https://ieeexplore.ieee.org/document/1075757}}</ref>

במהלך [[שנות ה-70 של המאה ה-20]], לפני שבשלו טכניקות האפיטקסיה החדשניות של [[אפיטקסיית קרן מולקולרית]] (MBE),{{הערה|[https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/molecular-beam-epitaxy molecular beam epitaxy], באתר sciencedirect}} [[אפיטקסיה מפאזת אדים אורגנומתכתיים]], (metalorganic vapor phase epitaxy - MOVPE או, בשם נוסף, MOCVD- metalorganic chemical vapor deposition), ועקב מוגבלות שיטות [[האפיטקסיה מהפאזה הגזית]] שהיו קיימות אז ({{קישור שפה|2=Hydride vapour-phase epitaxy|3=Hydride vapour-phase epitaxy (HVPE)}} ו<small>-[[Halogen vapor phase epitaxy]])</small>, הפכה LPE לשיטה המועדפת לגידול [[סגסוגת|סגסוגות]] מכילות [[אלומיניום]], כמו {{קישור שפה|2=Aluminium gallium arsenide|3=AlGaAs}}, או [[זרחן]], כמו {{קישור שפה|2=Indium gallium arsenide phosphide|3=InGaAsP}}, עבור מימוש [[LED|דיודות פולטות אור]] (LEDs) ו[[לייזר דיודה|דיודות לייזר]] (LDs) לצעדי הפיתוח הראשונים של [[תקשורת אופטית]] מבוססת מוליכים למחצה ועבור טכנולוגיית ה[[גלי מיקרו|מיקרוגלים]].<ref name=":1">{{צ-מאמר|מחבר=M.G. Mauk|שם=6 - Liquid-Phase Epitaxy|כתב עת=Handbook of Crystal Growth (Second Edition) Thin Films and Epitaxy|שנת הוצאה=2015|עמ=225-316|קישור=http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-444-63304-0.00006-8}}</ref>

החל מסוף [[שנות ה-90 של המאה ה-20|שנות ה-90]] החלה לרדת קרנה של שיטת ה-LPE בעקבות התפתחויות בשיטות הגידול MOCVD (בעיקר לייצור) ו-MBE (בתחילה בעיקר למחקר ופיתוח). בשתי שיטות אלו אפשר לייצר הטרו-מבנים (heterostructures) מתוחכמים יותר, והן מוגבלות פחות על ידי האילוצים של התאמת [[פרמטר סריג|פרמטר הסריג]], או השפעות של חוסר [[שיווי משקל תרמודינמי|שיווי משקל]] (המסה לאחור, meltback). יתרה מכך, MOCVD ועוד יותר MBE, הציעו שליטה טובה יותר ב[[הרכב כימי|הרכב]] ובמורפולוגיה של פני השטח, ובקבלת אחידות בשטח גדול כמו גם ממשקים ו{{קישור שפה|2=p–n junction|3=צומת (מוליכים למחצה)|4=צמתים}} חדים.<ref name=":1" />

== עקרון השיטה ==
[[קובץ:LPE Schemathic 1.png|טקסט=The principle of the LPE growth process (schematic)|ממוזער|איור 1: למעלה: תיאור העיקרון של אפיטקסיה בשיטת LPE. למטה: מהלך תרמי סכמטי של תהליך הגידול. (T - טמפרטורה, T<sub>m</sub> - נקודת ההיתוך של התמיסה, t - זמן.)]]
ב-LPE מתחילים בהכנת [[תערובת]] או [[תמיסה]] (בדרך כלל [[תמיסה מוצקה]]) של [[יסוד כימי|היסודות]] הרצויים. למשל לגידול שכבות של ה[[סגסוגת]] {{קישור שפה|2=Aluminium gallium arsenide|3=אלומיניום גליום ארסניד}} (AlGaAs) מכינים תמיסה (מוצקה) של [[אלומיניום]] ו[[ארסן]] ב[[גליום]], ואילו לגידול שכבות של הסגסוגת {{קישור שפה|2=Mercury cadmium telluride|3=כספית קדמיום טלוריד}} (MCT) מכינים תמיסה (מוצקה) של [[כספית]] ו[[קדמיום]] ב[[טלור]] או תמיסה של קדמיום וטלור בכספית. את התמיסה הזו מכניסים לכלי מתאים (באיור 1, באופן סכמטי, לכוס), ואותו לתנור (שלא מוראה באיור 1). מחממים עד ל[[התכה|התכת]] התמיסה, וממתינים ל[[המגון|הומוגניזציה]] של הפאזה [[נוזל|הנוזלית]]. לאחר מכן מקררים את התמיסה; כשמגיעים ל[[נקודת הרוויה]] של התמיסה (לנקודת ה{{קישור שפה|2=Liquidus|3=ליקווידוס}}, כלומר ל[[טמפרטורה]] שבה, ב[[שיווי משקל תרמודינמי]], היא תתחיל להפריש מוצק) לא קורה דבר מפני שאין (כך מקווים) מרכז [[התגרענות|גרעון]], שיתחיל את ה[[גביש|גיבוש]]. בשלב זה אפשר להכניס את המצע לתמיסה. המצע מהווה נקודת גרעון גדולה, ולכן תתחיל ההתגבשות על פני המצע, כלומר גידול השכבה האפיטקסיאלית. אפשר גם לקרר את התמיסה עוד לפני הכנסת המוצק, כך שהתמיסה תימצא במצב של [[קירור יתר]]. בשני המקרים, אם המצע הוא בהרכב הכימי המבוקש, במבנה ובכיוון הגבישיים הרצויים, תגדל עליו השכבה האפיטקסיאלית המבוקשת. אפשר לקרר את התמיסה במהלך הגידול (כמו באיור 1) או להשאיר אותה קבועה. לאחר הזמן הנדרש להשגת עובי השכבה המבוקש, מוציאים את המוצק (המצע עם השכבה שגדלה עליו) מן התמיסה.

== פרופילי טמפרטורה והתלות של עובי השכבה בזמן הגידול ==
[[קובץ:LPE - Phase diagrams & Temp profiles 24-05-31.png|טקסט=Schematic Composition-temperature-time diagrams for GaAs LPE|ממוזער|איור 2: דיאגרמות הרכב-טמפרטורה-זמן סכמטיות עבור גידול LPE של GaAs. משמאל למעלה: תיאור סכמטי של דיאגרמת הפאזות נוזל-מוצק של GaAs. משמאל למטה: הגדלה של הריבוע האדום – החלק מדיאגרמת הפאזות הרלוונטי ל‑LPE בקירור יתר מטמפרטורת ההומגניזציה (''T''<sub>h</sub>) ל-''T''<sub>SC</sub>, היכן שהפאזות בשיווי משקל הן תמיסה נוזלית בהרכב ''x''<sub>sce</sub> ו-GaAs (הרכב: ''x''<sub>s</sub>=50% As) מוצק, המתגרען כשכבה אפיטקסיאלית על המצע. אינדקס תחתון (מ) מציין מוצק, ואינדקס תחתון (נ) מציין נוזל. ''m'' הוא שיפוע עקום הליקווידוס. מימין: פרופילים שונים של טמפרטורה הנהוגים ב-LPE: למעלה – "קירור מדרגה", באמצע – "קירור משופע", ולמטה – "קירור יתר". קפיצת המדרגה בפרופילים העליון והתחתון היא Δ''T'''<sub>sc</sub> מעלות; קצב הקירור במהלך הגידול בפרופילים האמצעי והתחתון הוא ''α'' מעלות לדקה.]]
תהליך הגידול ב-LPE קרוב מאוד לשיווי משקל,<ref name=":0">{{צ-מאמר|מחבר=HANS J. SCHEEL|שם=Introduction to Liquid Phase Epitaxy|כתב עת=in Liquid Phase Epitaxy of Electronic, Optical and Optoelectronic Materials Edited by P. Capper and M. Mauk|כרך=John Wiley & Sons,, 2007, Chap. 1|קישור=https://www.wiley.com/en-us/Liquid+Phase+Epitaxy+of+Electronic,+Optical+and+Optoelectronic+Materials-p-9780470852903}}</ref> כך שהרכב התמיסה הרצוי להשגת מוצק בהרכב הנדרש נקבע מתוך [[דיאגרמת פאזות|דיאגרמת הפאזות]] המתאימה. תנאי הגידול ב-LPE הם כאלו שקצב הגידול מוגבל על ידי [[פעפוע|דיפוזיה]] של המומס, מהתמיסה אל הממשק תמיסה-מצע, היכן שהוא מתגבש למוצק האפיטקסיאלי. מגבלה זו, ביחד עם פרופיל הטמפרטורה המיושם במהלך הגידול קובעים איך גָדֵל עובי השכבה (''d'') עם הזמן (''t''). מבחינים בין שלושה מהלכים תרמיים כאלו (בכולם מניחים שעובי השכבה קטן יחסית לעובי תמיסת הגידול - "קירוב השכבה הדקה"):<ref>{{צ-מאמר|מחבר=J.J. Hsieh|שם=Thickness and surface morphology of GaAs LPE layers grown by supercooling, step-cooling, equilibrium-cooling, and two-phase solution techniques|כתב עת=Journal of Crystal Growth|כרך=27|שנת הוצאה=1974|עמ=49-61|קישור=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022024874800497}}</ref>
* '''פרופיל קירור מדרגה (step-cooled growth)''': לאחר שלב החימום של התמיסה מייצבים את הטמפרטורה (על ''T''<sub>h</sub> באיור) לצורך הומוגנזיציה, כך שמתקבל ריכוז אחיד של המומס, ''x''<sub>h</sub>, בתמיסת הגידול. ערך זה הוא ריכוז שיווי המשקל המתאים לטמפרטורת הליקוידוס ''T''<sub>s</sub> ב-L<sub>eh</sub>. להתחלת הגידול מונמכת הטמפרטורה בקפיצה של Δ''T'''<sub>sc</sub> מעלות ל-''T''<sub>sc</sub> (כמוראה באיור 2), הנמוכה מטמפרטורת הליקווידוס T<sub>s</sub> ב-ΔT<sub>sc</sub> מעלות. ריכוז שיווי המשקל משתנה ל-''x''<sub>esc</sub>, הניתן על ידי עקום הליקווידוס ב[[טמפרטורה]] ''T''<sub>sc</sub> (המתאימים לנקודה L<sub>esc</sub> על עקום הליקווידוס). ריכוז זה נמוך מהריכוז שעדיין קיים בתמיסה, ''x''<sub>h</sub>. לכן התמיסה נמצאת ב[[רוויית יתר|על-רוויה]] (סופרסטורציה), כלומר ב[[קירור-על|קירור יתר]]. בגלל הפרש הטמפרטורה הקטן, Δ''T''<sub>sc</sub>, המיושם ב‑LPE עקום הליקווידוס ליניארי עם הטמפרטורה, ושיפועו: ''m.'' בתנאים אלו גדל עובי השכבה עם משך הגידול בצורה הבאה: <math>d_{super-cool.} = {\operatorname{2\Delta}\!T_{sc}\over\operatorname{m}\!x_s}\sqrt{{D\over \pi}}t^{1/2}</math>. במשוואה זו ''x''<sub>s</sub> הוא הריכוז במוצק, שנקבע על ידי עקום {{קישור שפה|2=Liquidus and solidus|3=הסולידוס}}, ו-''D'' הוא {{קישור שפה|2=Mass diffusivity|3=מקדם הדיפוזיה}} של ה[[מומס]] בתמיסת הגידול.
* '''פרופיל קירור משופע (ramp-cooling growth)''': במקרה זה, כבקודם, מתחיל התהליך בשלב הומוגניזציה בטמפרטורה ''T''<sub>h</sub> הגורם שוב לריכוז שיווי משקל ''x''<sub>h</sub> בתמיסת הגידול. בתום שלב זה לא מיישמים בפרופיל זה קפיצת טמפרטורה מטה, אלא מורידים את הטמפרטורה בהדרגה בקצב קבוע ''α'', כך שמתקיים: ''T''(''t'') = ''T<sub>h</sub>'' - ''αt''. אם אינטרוול הקירור הכולל קטן, אז עדיין השיפוע של עקום הליקווידוס, ''m'', כמעט קבוע, והרכב שיווי המשקל על עקום הליקווידוס הוא פונקציה ליניארית של הטמפרטורה. עבור תנאים אלו מקבלים שעובי השכבה משתנה עם הזמן על פי:
<math>d_{ramp-cool.} = {4\alpha \over 3mx_s}\sqrt{{D\over \pi}}t^{3/2}</math>.
* '''פרופיל קירור יתר (supercooling growth)''': טכניקת גידול זו היא שילוב של השתיים הקודמות. לאחר שלב ההומוגניזציה, מתחיל הקירור ביצירת קירור יתר על ידי קפיצת טמפרטורה של Δ''T'''<sub>sc</sub> מטה (הגורמת לקירור יתר של Δ''T''<sub>sc</sub> מעלות), ובנוסף מיישמים לאחריה קירור בקצב קבוע ''α''. התלות של העובי בזמן הגידול תתקבל, לכן, מחיבור שתי המשוואות הקודמות:
<math>d_{supercool.} = {\operatorname{1}\over\operatorname{ }\!mx_{s}}\sqrt{{D \over \pi}}(2\Delta{T_{{sc}}}t^{{3/2}} + {\operatorname{4}\over\operatorname{3}}\alpha t^{3/2})</math>.

הבחירה באחד מבין שלושה פרופילים אלו של הטמפרטורה עבור הגידול ב-LPE של מערכת חומרים מסוימת תלויה, בין היתר, בדרישות ממערכת החומרים הזו, מדיאגרמת הפאזות הרלוונטית, ומהמורפולוגיה ומהסימום הנדרשים מהשכבה. בכל שלושת הפרופילים עובי השכבה אינו גדל ליניארית בזמן. זה מסבך, במידה מסוימת, את חישוב הזמן הדרוש לקבלת שכבה בעובי רצוי. סיבוך נוסף, נובע מכך שלא תמיד ידוע הרכב תמיסת הגידול במדויק, ולכן גם לא את טמפרטורת הליקווידוס המדויקת שלה. כתוצאה מכך קיימת שגיאה מובנית בקביעת משך הגידול; ובפרופילים המתאימים יש גם שגיאה בקביעת Δ''T''<sub>sc</sub>.
== סוגי המערכות לגידול LPE ==
ללא קשר לפרופיל הטמפרטורה המיושם ב-LPE, קיימות בה מספר טכניקות של גידול:<ref name=":2">{{צ-ספר|מחבר=Udo W. Pohl|שם=Epitaxy of Semiconductors: Physics and Fabrication of Heterostructures|מקום הוצאה=Berlin, Germany|מו"ל=Springer|שנת הוצאה=2020|עמ=428-439}}</ref>
* [[קובץ:LPE - Tipping & Rotating-Tipping.png|טקסט=Schematic description of LPE growth stages in a tipping system (top) and a rotating-tipping system (bottom)|ממוזער|איור 3: תיאור סכמטי של הרכיבים העיקריים במערכת הגידול, ושל שלבי הגידול ב-LPE בשיטת ההטיה (tipping, למעלה) ובשיטת ההטיה-הסיבובית (rotating-tipping, למטה). ריאקטור הקוורץ נמצא בתנור חימום שאינו מוראה באיור.]]'''שיטת ההטיה (tipping)''': לתוך סירה מחומר אינרטי ([[גרפיט]], בדרך כלל) מכניסים בצד אחד את המצע ובצד השני את תמיסת הגידול. הסירה מוכנסת ל[[ריאקטור]] [[קוורץ]] צינורי, המצוי בתנור חימום. בתחילה התנור מוטה כך שצד התמיסה נמוך יותר ממצע הגידול. מחממים את התנור להתכת התמיסה, וממתינים להומוגינזציה שלה. בהתאם לפרופיל הגידול מקררים לקירור יתר, אם צריך. כשטמפרטורת התמיסה הגיעה לערך הרצוי, מטים את התנור סביב צירו האופקי הניצב לציר האורך של הסירה, ועל ידי כך "מזרימים" את התמיסה אל המצע, והגידול מתחיל. בסיום הגידול מטים את התנור למצבו ההתחלתי לצורך [[שפייה|שפיית]] התמיסה מהמצע שעליו גדלה השכבה האפיטקסיאלית, ומקררים את התנור, לצורך הוצאת השכבה המגודלת. אחד החסרונות של השיטה הוא האפשרות לגדל רק על מצע אחד (או מספר קטן של מצעים קטנים). כדי להתגבר על חסרון זה פותחה נגזרת של השיטה שבה ההטיה היא סביב ציר המקביל לציר האורך של הריאקטור: שיטת ההטיה הסיבובית (rotating-tipping). בשיטה זו מטעינים לתוך הריאקטור הצינורי סירה היכולה להכיל מספר רב של מצעים ניצבים לציר האורך של הריאקטור. המחזיק מחובר לדופן הצינור, כך שבהתחלה המצעים נמצאים מעל לתמיסת הגידול. בשלב זה מחממים את התנור להתכה של תמיסת הגידול ולהומוגניזציה שלה, ומתחילים בקירור כנדרש. בשלב המתאים מסובבים את הצינור סביב ציר האורך שלו, כך שכל המצעים נטבלים בתמיסת הגידול, והגידול מתחיל. בסיום הזמן הדרוש מסובבים את הצינור בחזרה למצבו ההתחלתי, כך שהתמיסה מחליקה מפני השטח של השכבות המגודלות באמצעות [[כבידה|כוח הכבידה]], ומקררים את המערכת. לצורך הוצאת השכבות האפיטקסיאליות שגודלו. לשני הווריאנטים של שיטת ההטיה יש חסרונות בולטים: ניתן לגדל רק סוג אחד של שכבה על כל מצע, סילוק התמיסה מפני השטח האפיטקסיאליים אינו מושלם, כמות התמיסה מוגבלת, והיישום החוזר שלה מסובך. עם זאת, היכולת לגדל בפעם אחת על מספר רב של מצעים בשיטת ההטיה-הסיבובית היא יתרון תעשייתי משמעותי.
* [[קובץ:LPE - Dipping System.png|טקסט=LPE Dipping System|ממוזער|איור 4: תיאור סכמטי של הרכיבים העיקריים במערכת הגידול, ושל שלבי גידול LPE בשיטת הטבילה (dipping). ריאקטור הקוורץ נמצא בתנור חימום שאינו מוראה באיור.]]'''שיטת הטבילה (dipping)''': תמיסת הגידול נמצאת בתוך {{קישור שפה|2=Crucible|3=כורית}} המצויה בריאקטור שבתוך תנור. בדרך כלל מוזרם דרך הריאקטור [[מימן]] או [[גז אינרטי]] כדי למנוע [[תגובה כימית|תגובה]] של התמיסה והמצעים עם אווירת החדר. המצע או המצעים מורכבים באמצעות מחזיקים על מוט הסעה וסיבוב, אותו מורידים אנכית לתוך "אמבט" התמיסה להתחלת הגידול, כשטמפרטורת האמבט הגיע לערך הרצוי (עם או בלי קירור יתר). בזכות הגאומטריה הזו מכונה השיטה גם LPE אנכי (VLPE).<ref>{{צ-מאמר|מחבר=M. F. Vilela et al.|שם=Developments and Process Improvements Leading to High‑Quality
and Large‑Area HgCdTe LPE Detectors|כתב עת=Journal of Electronic materials|כרך=52 (11)|שנת הוצאה=2023|עמ=7046–7053|קישור=https://link.springer.com/article/10.1007/s11664-023-10543-2}}</ref> במקרים בהם [[צפיפות החומר|צפיפות]] התמיסה גבוהה יותר מאשר הצפיפות המשוקללת של המצע ומחזיקו, צפים האחרונים על גבי פני הנוזל, בזכות הציר המחבר את המחזיק או המחזיקים אל המוט. במהלך הגידול מישמים, לעיתים, סיבוב של מוט המצעים, על מנת להשיג אחידות של הריכוז בתמיסה על ידי פיצוי הבדלי החימום באזורים שונים של הכורית, והבדלי ריכוז בגלל [[הסעה (מעבר חום ומסה)|קונבקציות]] בנוזל. בתום הזמן הנדרש להשגת העובי הרצוי של השכבה, מעלים את המוט להוצאת המצעים מן התמיסה. בזכות הציר המחבר את מחזיקי המצעים למוט, הם חוזרים למצב ניצב לקרקע, ושאריות התמיסה ניגרות מפני השטח של המצעים באמצעות כוח הכבידה. אם צפיפות הנוזל נמוכה, מרכיבים מראש את המחזיקים על המוט כך שפני המצעים מקבילים לפני השטח של הנוזל. בהוצאת המצעים בתום הגידול קשה, במקרה זה, לסלק את כל שאריות התמיסה, ולכן מיישמים לעיתים סיבוב מהיר של מוט ההסעה והסיבוב על מנת לסלקן באפקט ה[[צנטריפוגה]]. שיטת הטבילה שימושית בעיקר בגידול שכבות עבות, שכן בגלל הנפח הגדול של התמיסה, ריכוזה כמעט שאינו משתנה בגלל הפרשת מומסים לגידול האפיטקסיאלי. יתרה מכך, אותה תמיסה יכולה לשמש למספר ריצות גידול עוקבות, כך שחוסכים בזמן הנדרש לפריקה, הטענה וחימום של החומר שבכורית. התמיסה נשארת בדרך כלל חמה, כשכל מספר גידולים מוסיפים לה כמויות קטנות של המומסים, על מנת לשמור על ריכוז התמיסה בערך הרצוי. יתרונות נוספים של השיטה הם: האפשרות לגדל על מספר מצעים בו זמנית (אם כי לא גדול כמו בשיטת ההטיה הסיבובית), והאפשרות לשמור את המצעים בטמפרטורה נמוכה יחסית עד להתחלת הגידול עצמו. זה משמעותי בעיקר לחומרים שנוטים להתפרק בחום גבוה כמו תחמוצות. החסרון העיקרי של השיטה נעוץ בכך שאפשר לגדל רק שכבה אחת בהרכב קבוע על כל מצע.
* [[קובץ:LPE - Slider Method.png|טקסט=Schematic description of the stages of LPE growth of a structure consisting of two epitaxial layers on wo substrates by the slider method|ממוזער|איור 5: תיאור סכמטי של סירת הגידול, ושל השלבים בגידול LPE של מבנה דו-שכבתי על שני מצעים נפרדים בשיטת הסרגל (slider method). התנור הנע שבמרכזו עובר ריאקטור קוורץ צינורי ושבו מצויה הסירה אינם מוראים באיור.]] '''שיטת הסרגל (slider)''': המצע (או המצעים) והתמיסה (או התמיסות) מוצבים בשקעים (או חורים) שבתוך חלקים זחיחים - ה"סרגלים". במהלך הגידול הסרגלים מוזזים אופקית האחד ביחס לשני, כדי להביא את התמיסה במגע עם המצע בזמן הנכון לפי פרופיל הטמפרטורה, וכדי לסלקה ממנו בתום הגידול. לגידול מבנה דו-שכבתי על שני מצעים נפרדים, כמו בדוגמה שבאיור 5, מניחים בשקעים שבסרגל המצעים שני מצעי גידול זהים, ומניחים אותו על בסיס הסירה. על סרגל המצעים מניחים את סרגל הבארות כך שהאזורים האטומים שבו מכסים את המצעים, והבארות עצמן נמצאות משמאל לכל מצע. מכניסים לארבע הבארות את הרכיבים בכמויות המתאימות ליצירת תמיסות גידול בריכוזים המתאימים על פי דיאגרמת הפאזות (או את [[תמיסה מוצקה|תמיסות הגידול המוצקות]] שהוכנו מראש). לבארות הקרובות למצעים מכניסים את התמיסות בהרכב המתאים לגידול השכבה הראשונה במבנה, ואילו לאחרות את התמיסות בהרכב המתאים לגידול השכבה השנייה במבנה. מכסים את הבארות במכסים למניעת [[התאיידות|התנדפות]] רכיבי התמיסה במהלך החימום. אחר כך מכניסים את הסירה, על כל רכיביה, לריאקטור הקוורץ הצינורי, סוגרים אותו, ומזרימים דרכו מימן או גז אינרטי. מסיעים את תנור החימום לאורך צינור הקוורץ, כך שמרכזו יחפוף את הסירה, ומתחילים בחימומו. לאחר הזמן הדרוש להתכה של תמיסות הגידול, ולהומוגוניזציה שלהם, מקררים את התמיסה בהתאם לפרופיל הטמפרטורה הרצוי. כשטמפרטורת התמיסה הגיעה לערך שנקבע מראש, מושכים את מוט המשיכה של סרגל הבארות ימינה עד שהבאר הראשונה מתייצבת מעל המצעים. מחכים את הזמן הדרוש להשגת העובי הרצוי של השכבה האפיטקסיאלית הראשונה, ומושכים שוב את סרגל הבארות עד שהאזורים האטומים שבין שני הבארות מכסים את המצעים. באמצעות משיכה זו "נוגבה" תמיסת הגידול מהמצעים. כעת מייצבים את התנור על הטמפרטורה המתאימה לתמיסת הגידול השנייה על פי דיאגרמת הפזות, וממתינים להומוגניזציה. בהתאם לפרופיל הטמפרטורה הנבחר מורידים שוב את הטמפרטורה לערך המתאים, ומשזה הושג מושכים את סרגל הבארות שוב ימינה, עד שהבארות של תמיסת הגידול השנייה ניצבות מעל המצעים. בתום הזמן הדרוש, מושכים את סרגל הבארות ימינה, לניגוב התמיסה עד שהמצעים יעמדו מתחת לאזורים האטומים שבין הבארות (אפשר, לחלופין, לדחוף את סרגל הבארות חזרה לעמדה זו, או למשוך אותו כך שהאזורים האטומים שמשמאל לבארות של תמיסת הגידול השנייה יהיו מעל למצעים). כעת מקררים את התנור בקצב שנבחר. בסיום, לצורך קירור מהיר יותר, החשוב בעיקר במקרים של שכבות שרכיביהן נדיפים בטמפרטורות גבוהות, מסיעים את התנור לאורך הריאקטור הצינורי, כך שלא יקיף יותר את סירת הגידול. היתרון הגדול ביותר של שיטת הסרגל על פני שיטות ההטיה והטבילה הוא האפשרות לגדל מבנים המכילים מספר שכבות אפיטקסיאליות זו על גבי זו. לשם כך מכינים בארות ותמיסות כמספר השכבות הרצויות. יתרה מכך, הנעת הסרגלים אחד ביחס לשני בסיום הגידול של כל שכבה, גורם ל"חיתוך" ול"ניגוב" יזום של תמיסת הגידול מהשכבה. יתרון נוסף הוא האפשרות לגדל על יותר ממצע אחד, אך מאחר שהמערכת ליניארית והמצעים אופקיים, מספרם קטן בהרבה מהאפשרי בשיטת ההטיה הסיבובית. החסרון של השיטה הוא הנפח הקטן יחסית של תמיסת הגידול. זה לא מאפשר גידול של שכבות עבות מאוד, כי הרכב התמיסה עלול להשתנות יותר מדי במהלך הגידול, ואיתו ישתנה גם הרכב השכבה. זה מצריך גם החלפת התמיסות עבור כל ריצת גידול.

== יישומים ==
בשיטת ה-LPE משתמשים באפיטקסיה של מוליכים למחצה מרוכבים (compound semiconductors), בעיקר כשהגידול שלהם באחת משיטות ה[[אפיטקסיה מהפאזה הגזית]] קשה בגלל [[לחץ חלקי|לחצים חלקיים]] שונים מאוד של הרכיבים הבודדים; וכן כאשר נדרש [[ייצור המוני]] במחיר שאינו גבוה. LPE משמשת, למשל, לייצור בקנה מידה גדול של דיודות פולטות אור (LEDs) מבוססות GaAs ו-{{קישור שפה|2=Gallium phosphide|3=GaP}}, כמו גם לאפיטקסיה של סגסוגות של {{קישור שפה|2=Mercury cadmium telluride|3=HgCdTe}} בהרכבים שונים לצורך מימוש [[גלאי תת-אדום פסיבי|גלאי תת-אדום]].<ref>{{צ-ספר|מחבר=P. Capper|שם=Liquid Phase Epitaxy of MCT in Mercury Cadmium Telluride - Growth, Properties and Applications, P. Capper and J. Garland Eds. Chap. 5|מקום הוצאה=Chichester, UK|מו"ל=John Wiley and Sons|שנת הוצאה=2011|עמ=63-72}}</ref><ref>{{צ-ספר|מחבר=S. Kasap, Peter Capper (Eds.)|שם=Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials, {{ISBN|978-3-319-48931-5}}, DOI 10.1007/978-3-319-48933-9|מו"ל=Springer|שנת הוצאה=2017|עמ=349-353}}</ref> משתמשים ב-LPE כדי לגדל שכבות של [[צורן קרביד|SiC]] ושל {{קישור שפה|2=Nitride|3=ניטרידים}} של מתכות מהמשפחה III-V כמצעים "וירטואליים" לגידול מבנים של ניטרידים בשיטות אפיטקסיה אחרות.<ref name=":1" /> כמו כן, משתמשים ב-LPE ביצור שכבות מגנטו-אופטיות.<ref name=":2" />

השימוש ב-LPE עבור [[מוליך למחצה|מוליכים למחצה]] של [[יסוד כימי|יסודות]] כמו [[צורן|סיליקון]], שכיח פחות, שכן הממיסים האפשריים הם בדיל, [[אלומיניום]] וגליום, כולם מסממים בחומרים מ[[קבוצה (כימיה)|קבוצה IV]] ב[[הטבלה המחזורית|טבלה המחזורית]]. עם זאת, נעשה שימוש ב-LPE בגידול שכבות ל[[תא סולרי|תאים סולריים]] זולים מבוססי סיליקון.<ref name=":1" />

תחום יישום נוסף הוא ייצור [[תחמוצת|תחמוצות]] של [[מתכת|מתכות]], מפני שללא הטמפרטורות הנמוכות יותר הקשורות בגידול מתמיסה ב-LPE, יש קשיים בשמירה על ההרכב [[סטויכיומטריה|הסטויכימטרי]] של התחמוצות, לדוגמה בגידול של {{קישור שפה|2=Zinc oxide|3=ZnO}}.<ref>{{צ-מאמר|מחבר=Dirk Ehrentraut et al.|שם=Fabrication of homoepitaxial ZnO films by low-temperature liquid-phase epitaxy|כתב עת=Journal of Crystal Growth|כרך=287 (2)|שנת הוצאה=2006|עמ=367-371|קישור=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022024805013679}}</ref>

== יתרונות וחסרונות השיטה ==
היתרון של שיטת ה-LPE ביחס לגידול גבישים כמו בשיטות {{קישור שפה|2=Bridgman–Stockbarger method|3=ברידג'מן}} ו{{קישור שפה|2=Czochralski method|3=צ'וחרלסקי}} נובע מכך שנוזל ההזנה ב-LPE הוא התמיסה של החומר אותו רוצים לגדל ולא ה[[נתך]] (melt) שלו. לכן, הטמפרטורות המעורבות בתהליך נמוכות יותר. יש לכך יתרונות כלכליים הן בצריכת אנרגיה מופחתת, והן ב[[לחץ]] עבודה נמוך יותר. יש לכך גם יתרונות [[טכנולוגיה|טכנולוגיים]], כמו איכות גבישית טובה יותר.
[[קובץ:LPE surface terraces.png|טקסט=LPE surface terraces|ממוזער|תמונה 1: טרסות גידול על פני השטח של שכבת {{קישור שפה|2=mercury cadmium telluride|3=HgCdTe}} מגודלת על מצע {{קישור שפה|2=cadmium telluride|3=CdTe}} חתוך בזווית קטנה מהמישור (111). צילום ב[[מיקרוסקופ אופטי]] עם {{קישור שפה|2=Differential interference contrast microscopy|3=מקטב נומרסקי}}. אורך הצלעות: 1 מ"מ.]]
ביחס לשיטות האפיטקסיה המתחרות ב-LPE, כמו MBE ו-MOCVD, היא פועלת בקרבת שיווי משקל תרמודינמי, ולכך יש יתרונות וחסרונות.<ref name=":1" /> למשל, הַקִּרְבָה לשיווי המשקל התרמודינמי מאפשרת המסה של המצע בתחילת הגידול (תהליך הקרוי המסה לאחור, meltback).<ref name=":2" /> זה קורה אפילו כאשר מיושם קירור יתר בפרופיל הטמפרטורה בגידול, אם קיים אי-תאום בפרמטרי הסריג של השכבה והמצע. להמסה לאחור זו יש יתרון בכך שתהליך סילוק התחמוצות מפני המצע בטרם הגידול קריטי פחות מאשר בשיטות האפיטקסיה מפאזה גזית. אבל היא מהווה חסרון שכן אי אפשר לקבל ממשק מצע-שכבה מישורי לגמרי. הקרבה לשיווי משקל תרמודינמי בתהליך ה-LPE מאפשרת תיאור תרמודינמי מהימן, יחסית, של תהליך הגידול האפיטקסיאלי, אבל, היישום של הפרמטרים התאורטיים השולטים בגידול קשה, וגורם לכך שתהליך הגידול רגיש מאוד לסטיות מהפרמטרים האופטימליים של התהליך. זה גורם, למשל, להתפתחות מדרגות גידול גבוהות (הקרויות גם טרסות - תמונה 1), ולפני שטח שאינם חלקים כבשיטות הגידול האפיטקסיאלי מהפאזה הגזית.<ref name=":0" /> בנוסף, הקרבה לשיווי משקל תרמודינמי מקשה על גידול איכותי של סגסוגות הנוטות ל[[היפרדות לפאזות באפיטקסיה|היפרדות לפאזות]].

היתרונות של LPE:
* מחיר נמוך יחסית של הציוד הדרוש לגידול
* קצב גידול גבוה
* איכות חומר טובה מאוד, בעיקר בהקשר של יעילות [[לומינסנציה]]
* סלקטיביות גבוהה ב{{קישור שפה|2=Selective area epitaxy|3=אפיטקסיה אזורית סלקטיבית}} (גידול על מצעים מכוסים במסכה עם תבניות).
החסרונות של LPE:
* שליטה נמוכה באחידות בעובי השכבה
* קושי בקבלת שכבות דקות מאוד
* קושי בגידול הטרו-מבנים רבים עקב אי-התאמה של פרמטרי הסריג, או חוסר שיווי משקל בין המצע והשכבה האפיטקסיאלית
* קושי בקבלת שינויי הרכב וסימום חדים בממשקים
* ממשק מצע-שכבה מחוספס
* מורפולוגית פני שטח ירודה.

== ראו גם ==
* [[אפיטקסיה]]
* [[גידול גבישים]]

== לקריאה נוספת ==
<div class="mw-content-ltr">
* P. Capper and M. Mauk (Eds.), '''Liquid Phase Epitaxy of Electronic, Optical and Optoelectronic Materials''', John Wiley & Sons, Chichester, UK, 2007, {{ISBN|978-0-470-85290-3}}
* M.A. Herman, W. Richter and H. Sitter, '''Epitaxy - Physical Principles and Technical Implementation''', Springer, Berlin, Germany, 2004, pp. 63-72, {{ISBN|978-3-642-08737-0}}
* H.L. Bhat, '''Introduction to Crystal Growth Principles and Practice''', CRC, Boca Raton, FL, 2015, pp. 269-275, {{ISBN|978-1-4398-8330-3}}
</div>

== הערות שוליים ==
<div class="mw-content-ltr">
{{הערות שוליים}}
</div>

[[קטגוריה:פיזיקה של חומר מעובה]]
[[קטגוריה:הנדסת חומרים]]
[[קטגוריה:קריסטלוגרפיה]]
Q