中國粉體網訊 目前，用于SiC晶體生長的主要技術包括物理氣相輸運（PVT）法、高溫化學氣相沉積（ HTCVD）法，以及頂部籽晶溶液生長（TSSG）法。其中，PVT法作為現階段發展最為成熟、應用最廣且商業化程度最高的SiC單晶制備技術，已基本實現4~6英寸SiC襯底批量化制備，襯底市場呈現美日歐三足鼎立的局面。
2015 年，美國Wolfspeed公司率先采用PVT法成功獲得 8英寸SiC單晶襯底，之后在美國紐約州莫霍克谷建立了全球首座、最大且唯一的8英寸晶圓廠，并于2023年向中國終端客戶批量出貨SiC MOSFET。截至2023年10月，全球已有26家企業或機構成功研制出8英寸SiC單晶襯底并計劃在2~3年內形成小批量供貨能力，這標志著SiC晶圓已邁進“8英寸時代”。但受限于該技術特點，利用PVT法制備SiC晶體仍面臨許多關鍵技術問題，包括晶體內部應力集中、缺陷繼承或增殖能力強、位錯密度高、擴徑技術難度大，以及難以實現p型均勻高摻雜等，進而導致高品質SiC單晶襯底制備良率偏低且成本居高不下。
HTCVD法是另外一種制備方法，該方法是利用Si源和C源氣體在2100℃左右的高溫環境下發生化學反應生成SiC的原理來實現SiC單晶的生長，該方法的一大優勢是可以實現晶體的長時間持續生長，通過此方法已經成功生長了4英寸和6英寸的SiC單晶，生長速率可高達2~3 mm/h。但HTCVD 不僅與 PVT 法一樣需要高的生長溫度，所使用的生長設備和高純氣體價格不菲，本質上是高配置的CVD，進而導致商業化進程比較緩慢，目前主要用來制備半絕緣型SiC襯底。
與氣相法不同的是，TSSG法可以在更為溫和的生長環境下制備SiC晶體，同時還具有工藝參數動態精準調控、連續擴徑生長及p型均勻高摻雜等技術特點，目前已成為極具競爭力的低成本、高質量 SiC襯底創新技術之一，晶體尺寸已突破6英寸。盡管 TSSG 法在制備SiC晶體方面優勢顯著，但也存在較高的技術壁壘，主要體現在所需調控的工藝參數繁雜且任何不恰當的參數選擇都可能破壞長晶過程中的動態平衡并引發嚴重的宏觀缺陷。中國科學院物理研究所陳小龍團隊利用TSSG法在半絕緣型4H-SiC籽晶（0001）面上通過調控N2分壓成功獲得不同規格的高質量、晶圓級3C-SiC單晶，該技術拓寬了異質晶體生長的機制，為大規模生產3C-SiC晶體提供了可行的途徑，此外，北京大學、清華大學、天津理工大學、武漢大學、眉山博雅、晶格領域、常州臻晶、北京青禾、浙大科創中心等單位也在積極開展相關研究工作。
2024年4月25日，中國粉體網將在江蘇蘇州舉辦“第三屆半導體行業用陶瓷材料技術研討會暨第三代半導體SiC晶體生長技術交流會”，屆時，天津理工大學功能晶體研究院副院長徐永寬將帶來《碳化硅單晶生長方法及面臨的挑戰》，報告將分別對PVT法、TSSG法、HTCVD法等碳化硅單晶生長方法的原理、特點、發展現狀進行介紹，分析各種生長方法面臨的問題，并從單晶生長工藝角度提出了對單晶生長設備和關鍵原輔材料的需求。最后簡單分享其近期的研究工作進展。
專家簡介
徐永寬，天津理工大學功能晶體研究院副院長，曾任中國電科第四十六所研發部主任，中國電子科技集團公司新型半導體晶體材料技術重點實驗室副主任，天津市“131”創新型人才第一層次人選。
從事半導體材料研究二十多年，在多種半導體單晶生長、單晶加工、外延生長及半導體單晶設備設計制造等方面均有實操經驗，在寬禁帶半導體單晶特別的碳化硅單晶生長方面有較深入研究。先后主持和參與科研項目30多項，其中包括碳化硅單晶方面的重大專項項目和氮化鎵單晶方面的863項目。申請發明專利及實用新型專利申請100多項。獲省部級科技二等獎3項，三等獎4項。
來源：
顧鵬等：頂部籽晶溶液法生長碳化硅單晶及關鍵問題研究進展
粉體網
（中國粉體網編輯整理/空青）
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