5月7日消息,近期,中科院物理研究所科研人員通過優(yōu)化生長工藝,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(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(dá)近50%。

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,通過持續(xù)攻關(guān),掌握了8英寸生長室溫場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)徑生長的裝置,解決了擴(kuò)徑生長過程中籽晶邊緣多晶形核問題;設(shè)計(jì)了新型生長裝置,提高了原料輸運(yùn)效率;通過多次迭代,逐步擴(kuò)大 SiC 晶體的尺寸;通過改進(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出了8英寸 SiC 晶體。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化生長工藝,進(jìn)一步解決了多型相變問題,持續(xù)改善晶體結(jié)晶質(zhì)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(jìn)行了相關(guān)測試。

Raman 散射圖譜和 X 射線搖擺曲線測試結(jié)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(guān)工作已申請了三項(xiàng)中國發(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)我國在 SiC 單晶襯底的國際競爭力,促進(jìn)我國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。