國內尚屬首次！浙江大學(xué)50mm厚6英寸碳化硅單晶生長(cháng)獲得成功
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來(lái)源：吳瑤瑤 先進(jìn)半導體研究院/孔曉睿 轉浙大杭州科創(chuàng )中心
近日，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng )中心先進(jìn)半導體研究院-乾晶半導體聯(lián)合實(shí)驗室和浙江大學(xué)硅材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室在浙江省“尖兵計劃”等研發(fā)項目的資助下，成功生長(cháng)出了厚度達到50 mm的6英寸碳化硅單晶（圖1），這在國內尚屬首次報道。該重要進(jìn)展意味著(zhù)，碳化硅襯底成本有望大幅降低，半導體碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展或將迎來(lái)發(fā)展新契機。
圖1 50 mm厚6英寸（150 mm）碳化硅單晶錠和襯底片#1
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體材料，對高壓、高頻、高溫及高功率等半導體器件的發(fā)展至關(guān)重要。當前，碳化硅單晶的高成本是制約各種碳化硅半導體器件大規模應用和發(fā)展的主要因素。為了降低碳化硅單晶的成本，擴大其直徑和增加其厚度是行之有效的途徑。目前，國內碳化硅單晶的直徑已經(jīng)普遍能達到6英寸，但其厚度通常在~20-30 mm之間，導致一個(gè)碳化硅晶錠切片所獲得的碳化硅襯底片的數量相當有限。
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在于其生長(cháng)時(shí)厚度的增加及源粉的消耗對生長(cháng)室內部熱場(chǎng)的改變。針對挑戰，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng )中心先進(jìn)半導體研究院-乾晶半導體聯(lián)合實(shí)驗室和浙江大學(xué)硅材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室通過(guò)設計碳化硅單晶生長(cháng)設備的新型熱場(chǎng)、發(fā)展碳化硅源粉的新技術(shù)、開(kāi)發(fā)碳化硅單晶生長(cháng)的新工藝，顯著(zhù)提升了碳化硅單晶的生長(cháng)速率，成功生長(cháng)出了厚度達到50 mm的6英寸碳化硅單晶。
該厚度的實(shí)現，一方面節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)半導體碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
厚度增加了，品質(zhì)能得到保證嗎？科研人員通過(guò)對生長(cháng)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)現其晶型為4H，典型的（0004）晶面的X射線(xiàn)衍射峰的半高寬均值為18.47弧秒，總位錯為5048/cm-2（圖2）。以上結果均表明碳化硅單晶的晶體質(zhì)量達到了業(yè)界水平。
圖2 6英寸碳化硅襯底片的（0004）晶面的X射線(xiàn)衍射峰和位錯分析結果#2
合力攻關(guān)，破解難題
浙江省黨代會(huì )報告提出，推進(jìn)創(chuàng )新鏈產(chǎn)業(yè)鏈深度融合，要加快構建現代科創(chuàng )體系和產(chǎn)業(yè)體系。如何發(fā)揮浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng )中心優(yōu)勢資源，助力破解共性技術(shù)難題？浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng )中心一直在探索。
浙江大學(xué)杭州國際科創(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(kāi)展高水平高質(zhì)量成果轉化，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)杭州國際科創(chuàng )中心先進(jìn)半導體研究院-乾晶半導體聯(lián)合實(shí)驗室就是其中之一。
本次成果由浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng )中心先進(jìn)半導體研究院-乾晶半導體聯(lián)合實(shí)驗室和浙江大學(xué)硅材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室共同完成，正是科技創(chuàng )新聯(lián)動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新的體現。面對產(chǎn)業(yè)高度關(guān)心的碳化硅單晶成本問(wèn)題，研究團隊以碳化硅單晶厚度為關(guān)注點(diǎn)，充分整合浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng )中心先進(jìn)半導體研究院和浙江大學(xué)硅材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室優(yōu)勢資源進(jìn)行了合力攻關(guān)，并取得階段性成果，為半導體碳化硅技術(shù)的發(fā)展貢獻了力量。
新聞+
浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng )中心（簡(jiǎn)稱(chēng)科創(chuàng )中心）是新時(shí)代浙江大學(xué)和杭州市全面深化市校戰略合作共建的重大科技創(chuàng )新平臺?？苿?chuàng )中心以打造世界一流水平，引領(lǐng)未來(lái)發(fā)展的全球頂尖科技創(chuàng )新中心為目標，面向國家重大戰略、區域發(fā)展重大需求和國際科學(xué)前沿，聚焦物質(zhì)科學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)的會(huì )聚融通，打通前沿科學(xué)研究、顛覆性技術(shù)研發(fā)和成果產(chǎn)業(yè)化的全鏈條，是浙江省建設高水平創(chuàng )新型省份、打造科創(chuàng )高地的重大標志性工程。
浙江大學(xué)硅材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室是國內最早建立的國家重點(diǎn)實(shí)驗室之一。以重點(diǎn)實(shí)驗室為依托的浙江大學(xué)材料物理與化學(xué)學(xué)科（原半導體材料學(xué)科）一直是全國重點(diǎn)學(xué)科，1978年獲批國內首批碩士點(diǎn)（半導體材料），1985年獲批了國內第一個(gè)半導體材料工學(xué)博士點(diǎn)。目前實(shí)驗室在半導體硅材料、先進(jìn)半導體材料、半導體材料微結構與物理三個(gè)主要研究方向上開(kāi)展工作。實(shí)驗室正在積極參與科創(chuàng )中心的建設，啟動(dòng)了以碳化硅和氧化鎵等為代表的先進(jìn)半導體材料研究。
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