中國(guó)粉體網(wǎng)訊 作為新能源汽車、光伏和5G通訊等戰(zhàn)略性半導(dǎo)體材料，碳化硅晶體在推動(dòng)綠色、低碳、高效新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性可見一斑。相比Si基器件，SiC器件具有耐高溫、耐高壓、高頻特性好、轉(zhuǎn)化效率高、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
目前，SiC材料已知的晶體結(jié)構(gòu)有250多種，主要類型有六方體（2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC）和立方體3C-SiC等。
雖然SiC具有200多種晶型，但商業(yè)化的器件如電動(dòng)汽車、光伏工業(yè)和其他應(yīng)用的核心器件:金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)品體管(MOSFET)主要制備在六方4H-SiC單晶襯底上，這是因?yàn)椴捎媚壳白畛墒斓奈锢須庀鄠鬏?PVT)法可以實(shí)現(xiàn)4H-SiC單晶襯底的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生長(zhǎng)。但是，SiC MOSFET功率器件存在柵氧界面可靠性差、載流子遷移率低、歐姆接觸差等問題。與4H-SiC相比3C-SiC具有更低的界面缺陷態(tài)密度、更高的理論和實(shí)際載流子遷移率、更高的熱導(dǎo)率。因此，基于3C-SiC的MOSFET器件具有更高的可靠性、更長(zhǎng)的壽命和更高的穩(wěn)定性，有望解決SiC-MOSFET功率器件的行業(yè)痛點(diǎn)。另外，由于4H-SiC MOSFET存在可靠性、穩(wěn)定性和低壽命等缺陷，導(dǎo)致目前中國(guó)在車規(guī)級(jí)主驅(qū)MOSFET器件的90%依賴進(jìn)口。
PVT法是目前碳化硅單晶生長(zhǎng)應(yīng)用最普遍的方法之一，但PVT法難以生長(zhǎng)高質(zhì)量的特定晶型，盡管目前的技術(shù)能成功生長(zhǎng)n型4H碳化硅單晶，但依然無法有效生長(zhǎng)p型4H-SiC單晶和3C-SiC單晶。
2023年4月18日，中科院物理所在期刊上發(fā)表了關(guān)于采用液相法生長(zhǎng)3C-SiC襯底的技術(shù)文獻(xiàn)。文獻(xiàn)提到，該團(tuán)隊(duì)是通過在4H-SiC襯底上生長(zhǎng)3C-SiC單晶，技術(shù)成果超出了以往理論預(yù)期，通過這項(xiàng)技術(shù)，他們能夠持續(xù)穩(wěn)定地生長(zhǎng)高質(zhì)量和大尺寸的3C-SiC晶體——直徑為2~4英寸，厚度為4.0~10毫米。
該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，該技術(shù)拓寬了異質(zhì)晶體生長(zhǎng)的機(jī)制，并為3C-SiC晶體的大規(guī)模生產(chǎn)提供了可行的途徑，未來3C-SiC功率器件性能有望比目前主流的4H-SiC更好。
液相法生長(zhǎng)碳化硅由于是一種接近于熱力學(xué)平衡的生長(zhǎng)方法，生長(zhǎng)的晶體缺陷密度會(huì)更低，易于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)徑、可以獲得P型晶體。中國(guó)科學(xué)院物理研究所在陳小龍老師的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)在液相法生長(zhǎng)碳化硅上取得一系列的進(jìn)展。與硅不同，碳化硅在加熱到熔化之前就升華了。因此，合適的助溶劑體系是液相法生長(zhǎng)碳化硅單晶的基礎(chǔ)，主要有三方面的要求：一是大的溶C能力；二是液相區(qū)無第二相；三是合適的固-液界面能，來調(diào)控想要生長(zhǎng)的是p型碳化硅單晶還是3C-SiC單晶。
通過一系列的研究表明，液相法在生長(zhǎng)P型4H-SiC單晶和3C-SiC單晶上具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。2025年8月21日，中國(guó)粉體網(wǎng)將在蘇州舉辦第三代半導(dǎo)體SiC晶體生長(zhǎng)及晶圓加工技術(shù)研討會(huì)。屆時(shí)，來自中國(guó)科學(xué)院物理研究所副研究員李輝將帶來《液相法生長(zhǎng)立方碳化硅和P型碳化硅》的報(bào)告，講述液相法在不同晶型SiC單晶生長(zhǎng)中的應(yīng)用解決方案以及研究進(jìn)展，歡迎報(bào)名參會(huì)！
來源：EnergyEnvironmentalMaterials、廈門市集成電路行業(yè)協(xié)會(huì)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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