碳化硅单晶厚度达100mm 我区一实验室科研取得新进展

在温度高达2000多摄氏度的碳化硅单晶生长炉边，浙大杭州国际科创中心先进半导体研究院—乾晶半导体联合实验室的研究人员们十分兴奋。经过近两年的努力，联合实验室首次生长出厚度达100mm的超厚碳化硅单晶。

“碳化硅单晶的厚度一般约为15—30mm，我们团队对碳化硅单晶生长方法进行了重大改进，终于生长出这个‘大块头’！”研究员徐嶺茂说。

碳化硅材料具有高导热率、高击穿场强、高电子饱和漂移速率、良好的化学稳定性和热稳定性等优异性能，能够满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求，在新能源汽车、光伏和风力发电、轨道交通、智能电网等领域都有广阔的应用前景。

然而这样的好材料，却并非“物美价廉”，尤其是碳化硅衬底成本居高不下，严重制约了半导体碳化硅技术的大规模推广和应用。

想要降低碳化硅衬底的成本，主要得从碳化硅单晶入手。“如果生长出更厚的碳化硅单晶，那不仅能减少籽晶的用量，缩短单位厚度晶体的生长时间，提高生产效率，还能减少能耗和辅材用量，从而显著降低碳化硅衬底的成本。”徐嶺茂说。

要提升碳化硅单晶厚度，必须解决晶体温度梯度和应力控制等难题。为此，联合实验室开展了提拉式物理气相传输法生长超厚碳化硅单晶的研究。“我们通过提拉籽晶及已经生长的晶体，使晶体生长面始终处于一个合适的径向温度梯度下，形成有利于降低晶体应力的表面形态。同时维持晶体生长面与粉料之间的合适轴向温度梯度，防止随着晶体厚度的增加，晶体生长速率大幅下降。”

最终，实验室成功生长出直径为6英寸（152mm左右）的碳化硅单晶，其厚度突破了100mm。测试结果显示，该超厚碳化硅结晶质量良好。目前研究团队已就相关工作申请了2项发明专利。

接下来，实验室将在科创中心首席科学家杨德仁院士的指导下，夯实针对半导体碳化硅单晶缺陷和杂质的基础研究，开发碳化硅单晶生长的缺陷控制新工艺和掺杂新工艺，不断提高超厚半导体碳化硅单晶的质量。