5月7日消息,近期,中科院物理研究所科研人員通過優化生長工藝,改善晶體結晶質量,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,實現了國產大尺寸碳化硅單晶襯底的突破。

中科院方面表示,該成果轉化后,將有助于增強我國在SiC單晶襯底的國際競爭力。

眾所周知,碳化硅(SiC)作為第三代半導體材料,在功率半導體等領域具有巨大應用潛力,但長期以來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近50%。

在已有的研究基礎上,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,通過持續攻關,掌握了8英寸生長室溫場分布和高溫氣相輸運特點,以6英寸 SiC 為籽晶,設計了有利于 SiC 擴徑生長的裝置,解決了擴徑生長過程中籽晶邊緣多晶形核問題;設計了新型生長裝置,提高了原料輸運效率;通過多次迭代,逐步擴大 SiC 晶體的尺寸;通過改進退火工藝,減小了晶體中的應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出了8英寸 SiC 晶體。

研發團隊通過優化生長工藝,進一步解決了多型相變問題,持續改善晶體結晶質量,成功生長出了單一 4H 晶型的8英寸SiC晶體,晶坯厚度接近19.6mm,加工出了厚度約2mm的8英寸 SiC 晶片并對其進行了相關測試。

Raman 散射圖譜和 X 射線搖擺曲線測試結果表明生長的 8 英寸 SiC 為 4H 晶型;(0004) 面的半高寬平均值為 46.8 arcsec。相關工作已申請了三項中國發明專利。

8英寸 SiC 導電單晶研制成功是物理所在寬禁帶半導體領域取得的又一個標志性進展,研發成果轉化后,將有助于增強我國在 SiC 單晶襯底的國際競爭力,促進我國寬禁帶半導體產業的快速發展。