近日，據浙大杭州科創中心官微消息，浙江大學杭州國際科創中心（簡稱科創中心）先進半導體研究院-乾晶半導體聯合實驗室（簡稱聯合實驗室）宣布，經過近兩年的努力，首次生長出厚度達100 mm的超厚碳化硅單晶。

碳化硅單晶的厚度一般約為15-30 mm，若要將碳化硅單晶厚度顯著提升，必須解決晶體的溫度梯度和應力控制等難題。為了解決難題，聯合實驗室研究團隊通過對碳化硅單晶生長方法進行重大改進，開展了提拉式物理氣相傳輸（Pulling Physical Vapor Transport, PPVT）法生長超厚碳化硅單晶的研究（圖1a）。? ?

圖1 (a)提拉式物理氣相傳輸法生長半導體碳化硅（SiC）單晶的示意圖；(b)100 mm厚半導體SiC單晶。

“我們通過提拉籽晶及已經生長的晶體，使晶體生長面始終處于一個合適的徑向溫度梯度下，形成有利于降低晶體應力的表面形態。同時維持晶體生長面與粉料之間的合適軸向溫度梯度，防止隨著晶體厚度的增加，晶體生長速率大幅下降。”徐嶺茂研究員解釋道。

采用提拉式物理氣相傳輸法，聯合實驗室成功生長出直徑為6英寸（即150 mm）的碳化硅單晶，其厚度突破了100 mm。測試加工而得的襯底片的結果顯示，該超厚碳化硅單晶具有單一的4H晶型（圖2a）、結晶質量良好（圖2b），電阻率平均值不超過～ 30 mΩ·cm。目前研究團隊已就相關工作申請了2項發明專利。? ?

圖2 (a)拉曼散射光譜；(b)(0004)面的X射線搖擺曲線。

先進半導體研究院副院長、聯合實驗室主任皮孝東教授表示，接下來實驗室將在科創中心首席科學家楊德仁院士的指導下，夯實針對半導體碳化硅單晶缺陷和雜質的基礎研究，開發碳化硅單晶生長的缺陷控制新工藝和摻雜新工藝，不斷提高超厚半導體碳化硅單晶的質量。

另外，同樣據浙大杭州科創中心官微消息，4月24日，杭州市創業投資協會聯合微鏈共同發布了《2024杭州獨角獸&準獨角獸企業榜單》。浙江大學杭州國際科創中心首批自主孵育的科學公司杭州乾晶半導體有限公司被認定為“杭州準獨角獸企業”。

成立3年來，乾晶半導體圍繞半導體碳化硅材料的應用研究和成果轉化，實現了關鍵核心技術的重大進展并成功開啟產業化進程，是集半導體碳化硅單晶生長、晶片加工和設備開發為一體的高新技術企業。其核心團隊來自硅及先進半導體材料全國重點實驗室，并與科創中心先進半導體研究院成立聯合實驗室，共同推動碳化硅襯底材料的產業化任務，助力我國第三代半導體產業的發展。? ?

去年10月，乾晶半導體中試線主廠房結頂。今年，6/8英寸碳化硅單晶生長和襯底加工的中試基地將正式運行，為今后實現6-8寸碳化硅襯底批量供給能力奠定堅實的基礎。

此外，對于構建碳化硅單晶生長的熱場的高純碳材料，科創中心也作出了相應探索。4月22日，科創中心宣布與嵊州市西格瑪科技有限公司聯合成立碳材料聯合實驗室，旨在充分發揮雙方優勢，推動高純國產碳材料在以碳化硅為代表的半導體行業的深入應用。

西格瑪科技有限公司幾十年來一直致力于半導體行業用高純碳材料的研制，產品包括高純等靜壓石墨部件、高純石墨涂層部件、高純碳素保溫材料等，是國內高端半導體行業碳材料產品領先企業。

高純碳材料構建的熱場位于兩千多度的碳化硅單晶生長爐中，碳化硅粉料受熱升華而成氣態分子，被傳輸到低溫籽晶區域內結晶，可實現碳化硅單晶的生長。接下來，碳材料聯合實驗室將在國產化石墨組件開發及可靠性驗證、國產化石墨熱場開發、碳化硅耐腐蝕組件及石墨表面高溫防護涂層開發驗證等方面開展聯合研究，共同打造高質量國產高純碳材料并應用于碳化硅單晶生長中，助力我國高端碳材料國產化及半導體產業發展。

資料來源：浙大杭州科創中心

原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：國產SiC新突破！首次厚度達100 mm