國內(nèi)尚屬首次！浙江大學(xué)50mm厚6英寸碳化硅單晶生長獲得成功
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來源：吳瑤瑤 先進(jìn)半導(dǎo)體研究院/孔曉睿 轉(zhuǎn)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(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實驗室和浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室在浙江省“尖兵計劃”等研發(fā)項目的資助下，成功生長出了厚度達(dá)到50 mm的6英寸碳化硅單晶（圖1），這在國內(nèi)尚屬首次報道。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瓉戆l(fā)展新契機(jī)。
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(dǎo)體材料，對高壓、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)在于其生長時厚度的增加及源粉的消耗對生長室內(nèi)部熱場的改變。針對挑戰(zhàn)，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實驗室和浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室通過設(shè)計碳化硅單晶生長設(shè)備的新型熱場、發(fā)展碳化硅源粉的新技術(shù)、開發(fā)碳化硅單晶生長的新工藝，顯著提升了碳化硅單晶的生長速率，成功生長出了厚度達(dá)到50 mm的6英寸碳化硅單晶。
該厚度的實現(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，有望有力推動半導(dǎo)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？科研人員通過對生長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。
圖2 6英寸碳化硅襯底片的（0004）晶面的X射線衍射峰和位錯分析結(jié)果#2
合力攻關(guān)，破解難題
浙江省黨代會報告提出，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(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實驗室和浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室共同完成，正是科技創(chuàng)新聯(lián)動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的體現(xiàn)。面對產(chǎn)業(yè)高度關(guān)心的碳化硅單晶成本問題，研究團(tuán)隊以碳化硅單晶厚度為關(guān)注點，充分整合浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院和浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室優(yōu)勢資源進(jìn)行了合力攻關(guān)，并取得階段性成果，為半導(dǎo)體碳化硅技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)了力量。
新聞+
浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心（簡稱科創(chuàng)中心）是新時代浙江大學(xué)和杭州市全面深化市校戰(zhàn)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)未來發(fā)展的全球頂尖科技創(chuàng)新中心為目標(biāo)，面向國家重大戰(zhàn)略、區(qū)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(shè)高水平創(chuàng)新型省份、打造科創(chuàng)高地的重大標(biāo)志性工程。
浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室是國內(nèi)最早建立的國家重點實驗室之一。以重點實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(dǎo)體材料學(xué)科）一直是全國重點學(xué)科，1978年獲批國內(nèi)首批碩士點（半導(dǎo)體材料），1985年獲批了國內(nèi)第一個半導(dǎo)體材料工學(xué)博士點。目前實驗室在半導(dǎo)體硅材料、先進(jìn)半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體材料微結(jié)構(gòu)與物理三個主要研究方向上開展工作。實驗室正在積極參與科創(chuàng)中心的建設(shè)，啟動了以碳化硅和氧化鎵等為代表的先進(jìn)半導(dǎo)體材料研究。
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