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國(guó)內(nèi)尚屬首次!浙江大學(xué)50mm厚6英寸碳化硅單晶生長(zhǎng)獲得成功

發(fā)布時(shí)間:2022-08-02發(fā)布人:

國(guó)內(nèi)尚屬首次!浙江大學(xué)50mm厚6英寸碳化硅單晶生長(zhǎng)獲得成功



50 mm,是什么概念?一本字典的厚度、一個(gè)火柴盒的長(zhǎng)度……對(duì)于日常生活而言,50 mm或許沒(méi)有那么起眼,但是對(duì)于碳化硅單晶厚度來(lái)說(shuō),這個(gè)數(shù)值卻不一般!


近日,浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在浙江省“尖兵計(jì)劃”等研發(fā)項(xiàng)目的資助下,成功生長(zhǎng)出了厚度達(dá)到50 mm的6英寸碳化硅單晶(圖1),這在國(guó)內(nèi)尚屬首次報(bào)道。該重要進(jìn)展意味著,碳化硅襯底成本有望大幅降低,半導(dǎo)體碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展或?qū)⒂瓉?lái)發(fā)展新契機(jī)。

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厚度翻一番!碳化硅單晶高成本有望降低

碳化硅(SiC)單晶作為寬禁帶半導(dǎo)體材料,對(duì)高壓、高頻、高溫及高功率等半導(dǎo)體器件的發(fā)展至關(guān)重要。當(dāng)前,碳化硅單晶的高成本是制約各種碳化硅半導(dǎo)體器件大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展的主要因素。為了降低碳化硅單晶的成本,擴(kuò)大其直徑和增加其厚度是行之有效的途徑。  


目前,國(guó)內(nèi)碳化硅單晶的直徑已經(jīng)普遍能達(dá)到6英寸,但其厚度通常在~20-30 mm之間,導(dǎo)致一個(gè)碳化硅晶錠切片所獲得的碳化硅襯底片的數(shù)量相當(dāng)有限。


那么如何才能增加厚度?難點(diǎn)又在哪里?科研人員表示,增加碳化硅單晶厚度的主要挑戰(zhàn)在于其生長(zhǎng)時(shí)厚度的增加及源粉的消耗對(duì)生長(zhǎng)室內(nèi)部熱場(chǎng)的改變。針對(duì)挑戰(zhàn),浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)設(shè)計(jì)碳化硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備的新型熱場(chǎng)、發(fā)展碳化硅源粉的新技術(shù)、開發(fā)碳化硅單晶生長(zhǎng)的新工藝,顯著提升了碳化硅單晶的生長(zhǎng)速率,成功生長(zhǎng)出了厚度達(dá)到50 mm的6英寸碳化硅單晶。


該厚度的實(shí)現(xiàn),一方面節(jié)約了昂貴的碳化硅籽晶的用量,另一方面使一個(gè)碳化硅單晶錠切片所獲得的碳化硅襯底片數(shù)量能夠翻倍,所以能夠大幅降低碳化硅襯底的成本,有望有力推動(dòng)半導(dǎo)體碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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厚度增加了,品質(zhì)能得到保證嗎?科研人員通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)的碳化硅單晶錠切片所得的碳化硅襯底片(圖1)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其晶型為4H,典型的(0004)晶面的X射線衍射峰的半高寬均值為18.47弧秒,總位錯(cuò)為5048/cm-2(圖2)。以上結(jié)果均表明碳化硅單晶的晶體質(zhì)量達(dá)到了業(yè)界水平。

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合力攻關(guān),破解難題 

浙江省黨代會(huì)報(bào)告提出,推進(jìn)創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈深度融合,要加快構(gòu)建現(xiàn)代科創(chuàng)體系和產(chǎn)業(yè)體系。如何發(fā)揮浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心優(yōu)勢(shì)資源,助力破解共性技術(shù)難題?浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心一直在探索。




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浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心一直致力于推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合,加深與企業(yè)合作,鏈接全球創(chuàng)新資源,開展高水平高質(zhì)量成果轉(zhuǎn)化,共建創(chuàng)新聯(lián)合體。目前,中心已與10余家企業(yè)共建創(chuàng)新聯(lián)合體,浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室就是其中之一。


本次成果由浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同完成,正是科技創(chuàng)新聯(lián)動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的體現(xiàn)。面對(duì)產(chǎn)業(yè)高度關(guān)心的碳化硅單晶成本問(wèn)題,研究團(tuán)隊(duì)以碳化硅單晶厚度為關(guān)注點(diǎn),充分整合浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院和浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢(shì)資源進(jìn)行了合力攻關(guān),并取得階段性成果,為半導(dǎo)體碳化硅技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)了力量。



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