碳化硅是第三代半导体产业发展的重要基础材料，以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求，在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有重要应用潜力。然而，碳化硅衬底作为成本最高、技术壁垒最高的环节，其产能却远不足以匹配市场需求，碳化硅衬底的革新迫在眉睫。
浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）先进半导体研究院-杭州乾晶半导体联合实验室（简称联合实验室）近期经过系列技术攻关，在大尺寸碳化硅（SiC）单晶生长及其衬底制备方面取得突破，成功生长出厚度达27毫米的8英寸n型碳化硅单晶锭，并加工获得了8英寸碳化硅衬底片，成功跻身8英寸碳化硅俱乐部，该项技术突破有望显著降低碳化硅功率器件的成本，助力半导体碳化硅产业的发展。
右图 8英寸碳化硅抛光衬底片
集智攻关破解技术难题
近年来，由于电动汽车、5G通讯、直流输电等领域渗透率不断增高，对碳化硅器件的需求也不断增加。目前，全球碳化硅领域依旧以6英寸衬底为主，为增加产能供给、降低成本，扩大碳化硅衬底尺寸是重要途径之一。
(b) 电阻率分布图；(c) 抛光衬底片的面型参数
想要扩大衬底尺寸，我们该怎么做？目前，制备大尺寸碳化硅单晶最为成熟的技术就是物理气相传输（PVT）法，该方法的核心是设计和使用适宜的热场。如何在核心技术上进行精准设计和调控？联合实验室团队提出了自己的思考。针对PVT法，他们提出了多段式电阻加热的策略，同时结合数值模拟研究设计和优化8英寸碳化硅单晶生长的热场与工艺手段开展研发工作。简单来说，就是通过计算机模拟手段，依托人工智能等信息技术去模拟真实实验场景，“窥探”温度超两千摄氏度的单晶生长炉里的“小秘密”，为碳化硅生长创造更好条件。
此外，研发团队也利用反向传播神经网络不断完善碳化硅生产“配方”，厘清径向温差、边缘温度梯度等热场参数与晶体生长工艺参数的关系来确定晶体生长的最优条件。
协同创新推进有组织科研
科创中心坚持充分发挥大兵团作战优势，推进有组织科研，让科技创新与产业创新双向联动、双轮驱动。本次项目就是由杭州乾晶半导体有限公司、科创中心先进半导体研究院和浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室合作开展，各方充分发挥各自优势、协同创新、合力攻关， 是打通“前沿研究-技术攻关-成果转化”全链条创新生态的生动实践。此外，本次项目成果也得到了浙江省2023年“尖兵”研发攻关计划项目资助。
科创中心先进半导体研究院紧紧围绕国家重大战略需求和浙江省战略性新兴产业发展布局开展研究工作。近年来，科研团队立足自主研发，从基础研究到应用研究，突破了生长设备、高质量碳化硅晶体生长和加工等关键技术，成功制备50 mm厚6英寸碳化硅单晶，研制出高质量的碳化硅晶圆、氧化镓晶圆等成果。
内容来源：先进半导体研究院
本文编辑：孔晓睿
原文始发于微信公众号（浙大杭州科创中心）：成果上新！8英寸导电型碳化硅研制获得成功