國(guó)產(chǎn)三代半導(dǎo)體材料新突破，中科院成功制備 8 英寸碳化硅晶體
碳化硅（SiC）作為第三代半導(dǎo)體材料，在功率半導(dǎo)體等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力，但長(zhǎng)期以來(lái)面臨大尺寸晶體制備的工藝難題，碳化硅單晶襯底在器件成本中占比也高達(dá)近 50%。
近期，中科院物理研究所科研人員通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)工藝，改善晶體結(jié)晶質(zhì)量，成功制備單一 4H 晶型的 8 英寸碳化硅（SiC）晶體，并加工出厚度約 2mm 的 8 英寸 SiC 晶片，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)大尺寸碳化硅單晶襯底的突破。
中科院方面表示，該成果轉(zhuǎn)化后，將有助于增強(qiáng)我國(guó)在 SiC 單晶襯底的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
在已有的研究基礎(chǔ)上，2017 年，陳小龍研究員、博士生楊乃吉、李輝副研究員、王文軍主任工程師等開始 8 英寸 SiC 晶體的研究，通過(guò)持續(xù)攻關(guān)，掌握了 8 英寸生長(zhǎng)室溫場(chǎng)分布和高溫氣相輸運(yùn)特點(diǎn)，以 6 英寸 SiC 為籽晶，設(shè)計(jì)了有利于 SiC 擴(kuò)徑生長(zhǎng)的裝置，解決了擴(kuò)徑生長(zhǎng)過(guò)程中籽晶邊緣多晶形核問(wèn)題；設(shè)計(jì)了新型生長(zhǎng)裝置，提高了原料輸運(yùn)效率；通過(guò)多次迭代，逐步擴(kuò)大 SiC 晶體的尺寸；通過(guò)改進(jìn)退火工藝，減小了晶體中的應(yīng)力從而抑制了晶體開裂。2021 年 10 月在自研的襯底上初步生長(zhǎng)出了 8 英寸 SiC 晶體。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)工藝，進(jìn)一步解決了多型相變問(wèn)題，持續(xù)改善晶體結(jié)晶質(zhì)量，成功生長(zhǎng)出了單一 4H 晶型的 8 英寸 SiC 晶體，晶坯厚度接近 19.6 mm，加工出了厚度約 2mm 的 8 英寸 SiC 晶片并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。
Raman 散射圖譜和 X 射線搖擺曲線測(cè)試結(jié)果表明生長(zhǎng)的 8 英寸 SiC 為 4H 晶型；(0004) 面的半高寬平均值為 46.8 arcsec。相關(guān)工作已申請(qǐng)了三項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利。
8 英寸 SiC 導(dǎo)電單晶研制成功是物理所在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域取得的又一個(gè)標(biāo)志性進(jìn)展，研發(fā)成果轉(zhuǎn)化后，將有助于增強(qiáng)我國(guó)在 SiC 單晶襯底的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
以上工作得到了科技部、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市科委、工信部、中國(guó)科學(xué)院等部門的大力支持。