手脚第三代宽禁带半导体材料，SiC(碳化硅)具有优异的物理和电学特色，使其在功率半导体器件范围具有世俗的应用远景。然则，碳化硅单晶衬底的制备技巧具有极高的技巧壁垒，晶体助长历程需要在高温低压环境下进行，环境变量多，极大影响了碳化硅产业化应用。收受如故产业化的物理气相输运法(PVT)难以助长p型4H-SiC和立方SiC单晶。而液相法在p型4H-SiC和立方SiC单晶单晶助长就有专有的上风，为制作高频、高压、大功率IGBT器件和高可靠性、高默契性、龟龄命的MOSFET器件奠定材料基础。尽管液相法在产业化应用上仍濒临一些技巧难题，但跟着市集需求的鼓吹和技巧的不断冲突，液相法有望在改日成为一种遑急的碳化硅单晶助长措施。

在2024寰球传感器大会——车规级半导体产业发展大会上，中国科学院物理所副酌量员李辉以“液相法助长碳化硅单晶”为主题，共享了液相法助长不同晶型SiC单晶，尤其是3C-SiC和p型4H-SiC单晶的措置决策以及技巧应用远景。

碳化硅应用远景

不论是低压，照旧中高压，功率器件齐与咱们的生存是密切关联，确切所有的用电建树齐需要通过功率器件来截止和护士电能，在新能源汽车、通讯、工业自动化等诸多范围齐有世俗应用。李辉默示，当今硅是应用最世俗的功率半导体材料，但第三代半导体碳化硅手脚策略性电子信息材料，领有更显赫的物感性能上风，具有更高击穿电场(Si的10倍)、更高富足电子漂移速率 (Si的2倍)、更高热导率 (Si的3倍、GaAs的10倍)，况且在高温、高频和高耐压、微型化等方面推崇出色。

李辉先容，碳化硅制备的功率器件具有更大的上风，“它的阻断电压更高，器件的厚度概况是硅的1/10，况且正向导通电阻更低。因此，在300V-4.5kV，SiC器件有望取代Si基器件，4.5 kV以上，SiC基器件具有所有的上风。”她指出，新能源汽车是碳化硅遑急的应用场景，亦然碳化硅最主要的拉能源，鼓吹了从半导体外延到器件全产业链的快速发展。

她止境看好碳化硅基功率器件的发展远景，止境是跟着轨说念交通和直流输电网的发展，改日碳化硅向着更高的功率密度、更大的阻断电压、更大的电流发展，需要发展新的碳化硅单晶，比如说P型的碳化硅单晶来制备IGBT器件。凭据Yole预测数据，到2029年，碳化硅基功率器件的市集范围将最初100亿好意思元，2023年至2029年的年复合增长率约为25%。

碳化硅功率器件的产业链止境长，波及上游碳化硅单晶和碳化硅外延，中游的芯片、器件、模块，以及下流的系统和应用。而在通盘碳化硅功率器件的产业链中，碳化硅单晶的衬底和外延概况占据的本钱是60%。因此，李辉指出，裁汰碳化硅单晶和外延的本钱，是裁汰碳化硅通盘功率器件本钱止境遑急的才智，亦然进步碳化硅功率器件市集浸透率的前提。

SiC功率器件挑战

尽管SiC功率器件具有诸多技巧上风，但其制备濒临多方面的挑战。其中，SiC是一种硬材料，其助长速率慢且需要高温（最初2000摄氏度），导致分娩周期长、本钱高。此外，SiC衬底的加工历程复杂，容易出现各式颓势。

当今，碳化硅衬底制备技巧包括PVT法（物理气相传输法）、液相法和高温气相化学千里积法等。李辉默示，当今行业内大范围碳化硅单晶助长主要收受PVT法，但这种制备措施分娩碳化硅单晶有很大的挑战性：一是碳化硅具有二百多种晶型，不同晶型之间摆脱能相反止境小，因此在PVT法助长碳化硅单晶历程中很容易发生相变，就会导致存在良率低的问题。此外，相对硅提拉单晶硅的助长速率，碳化硅单晶助长速率止境慢，导致碳化硅单晶衬底愈加腾贵。

二是PVT法助长碳化硅单晶的温度高于2000摄氏度，导致无法精确的测温。“在这个助长系统中，就像是一个黑匣子，咱们无法用凯旋的妙技测试碳化硅的助长历程。这亦然导致碳化硅单晶助长难度大的一个原因。”

三是原料非同成份升华，助长速率低。

四是PVT法也无法助长高质地的p-4H-SiC、3C-SiC单晶。

李辉指出，由于4H-SiC MOSFET存在可靠性、默契性和低寿命等颓势，导致当今中国在车规级主驱MOSFET器件的90%依赖入口。要念念克服碳化硅功率器件颓势，进步市集浸透率，不错从几个方面来入辖下手：一是裁汰助长本钱。

二是助长更大的晶体尺寸，使单片晶体尺寸上的芯片数目更高。这亦然为何最近几年8英寸碳化硅单晶衬底出现快速发展的原因。

三是发展新式的加工技巧，比如激光切割技巧。

四是分娩P-4H-碳化硅单晶，兑现更高的阻断电压、更大电流。

五是从材料端，来改善MOSFET器件当今遭遇的可靠性差、默契性差、寿命低的问题。

液相法技巧的应用远景

那么，为什么要发展液相法技巧？李辉默示，助长n型的4H碳化硅单晶(新能源汽车等)，无法助长p型4H-SiC单晶和3C-SiC单晶。而p型4H-SiC单晶改日将是制备IGBT材料基础，将应用于高阻断电压、大电流的IGBT，比如轨说念交通和智能电网等一些应用场景。而3C-SiC将措置4H-SiC及MOSFET器件的技巧瓶颈。

她也先容，“从本钱、耗能等空洞角度，高温液相法的本钱会更低，瞻望比PVT助长措施裁汰30%。要是再加上原料回收，这个本钱将会进一步裁汰。”此外，液相法助长碳化硅由于是一种接近于热力学均衡的助长措施，助长的晶体颓势密度会更低，易于兑现扩径、不错赢得P型晶体。

李辉也先容了中国科学院物理酌量方位陈小龙涵养的指导下，其在液相法助长碳化硅上的进展。与硅不同，碳化硅在加热到溶化之前就升华了。因此，允洽的助溶剂体系是液相法助长碳化硅单晶的基础，主要有三方面的条目：一是大的溶C才智；二是液相区无第二相；三是允洽的固-液界面能，来调控念念要助长的是p型碳化硅单晶照旧3C碳化硅单晶。

酌量团队通过相图运筹帷幄和推行措施，寻找了一些允洽的助溶剂体系，从而再进一步助长需要的碳化硅单晶。当今PVT法主要挑战在于不均匀、质地差，单一晶型截止难度大，电阻高，很艰苦到高质地的P-4H-SiC单晶。因此，李辉酌量团队收受液相法来分娩P-4H-SiC单晶，酌量了影响助长速率的要津成分——界面能，通过优化助长技巧参数，赢得了无孔洞颓势高质地晶体，电阻率为0.1 Ω·cm，也无巨台阶聚并。

李辉先容，该酌量团队最近又应用液相法助长了6英寸和8英寸的P-4H-SiC单晶。其中，

8英寸的P-4H-SiC单晶的厚度达到8毫米。“咱们与北京晶格范围共同来研发，如故兑现了P型6英寸4H-碳化硅单晶小批量的销售。咱们对它的颓势进行了酌量，不错发现液相法助长的颓势尺寸是PVT法助长的碳化硅单晶尺寸1/10。”

在3C-SiC助长上，中国科学院物理酌量所通过高温液相法，在海外上初次赢得了3C-SiC单晶，兑现了从0到1的冲突。她默示，“咱们前期通过调控助溶剂的构成和配比，兑现固-液界面能调控，从而在海外上初次助长出来了2到6英寸的3C碳化硅单晶，莫得相变，况且晶体质地口角常高的。”

李辉也默示，通过一系列的酌量标明，液相法在助长P型4H-SiC单晶和3C-SiC单晶上具有很显然的上风。跟着技巧的不断发展，止境是国内中国科学院物理酌量所、北京晶格范围半导体有限公司、山东天岳、眉山博雅、常州臻晶半导体、连城数控、杭州科创中心、云南大学、天津理工大学等科研机构、企业参与到液相法助长碳化硅单晶的酌量，P型4H-SiC单晶和3C-SiC也会逐步熟练起来。]article_adlist-->

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（转自：广东省半导体行业协会）开yun体育网

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