厚度达100 mm，碳化硅单晶生长取得新进展

4月26日，据浙大杭州科创中心官微消息，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-乾晶半导体联合实验室（简称联合实验室）宣布，经过近两年的努力，他们首次生长出厚度达100 mm的超厚碳化硅单晶。

碳化硅单晶的厚度一般约为15-30 mm，若要将碳化硅单晶厚度显著提升，必须解决晶体的温度梯度和应力控制等难题。为了解决难题，联合实验室研究团队通过对碳化硅单晶生长方法进行重大改进，开展了提拉式物理气相传输（Pulling Physical Vapor Transport, PPVT）法生长超厚碳化硅单晶的研究（图1a）。

图1：（a）提拉式物理气相传输法生长半导体碳化硅（SiC）单晶的示意图；（b）100 mm厚半导体SiC单晶。

"我们通过提拉籽晶及已经生长的晶体，使晶体生长面始终处于一个合适的径向温度梯度下，形成有利于降低晶体应力的表面形态。同时维持晶体生长面与粉料之间的合适轴向温度梯度，防止随着晶体厚度的增加，晶体生长速率大幅下降。"徐嶺茂研究员解释道。

采用提拉式物理气相传输法，联合实验室成功生长出直径为6英寸（即150 mm）的碳化硅单晶，其厚度突破了100 mm。测试加工而得的衬底片的结果显示，该超厚碳化硅单晶具有单一的4H晶型（图2a）、结晶质量良好（图2b），电阻率平均值不超过∼ 30 mΩ·cm。目前研究团队已就相关工作申请了2项发明专利。

图2 （a）拉曼散射光谱；（b）(0004)面的X射线摇摆曲线。

先进半导体研究院副院长、联合实验室主任皮孝东教授表示，接下来实验室将在科创中心首席科学家杨德仁院士的指导下，夯实针对半导体碳化硅单晶缺陷和杂质的基础研究，开发碳化硅单晶生长的缺陷控制新工艺和掺杂新工艺，不断提高超厚半导体碳化硅单晶的质量。

另外，同样据浙大杭州科创中心官微消息，4月24日，杭州市创业投资协会联合微链共同发布了《2024杭州独角兽&准独角兽企业榜单》。浙江大学杭州国际科创中心首批自主孵育的科学公司杭州乾晶半导体有限公司被认定为"杭州准独角兽企业"。

成立3年来，乾晶半导体围绕半导体碳化硅材料的应用研究和成果转化，实现了关键核心技术的重大进展并成功开启产业化进程，是集半导体碳化硅单晶生长、晶片加工和设备开发为一体的高新技术企业。其核心团队来自硅及先进半导体材料全国重点实验室，并与科创中心先进半导体研究院成立联合实验室，共同推动碳化硅衬底材料的产业化任务，助力我国第三代半导体产业的发展。

去年10月，乾晶半导体中试线主厂房结顶。今年，6/8英寸碳化硅单晶生长和衬底加工的中试基地将正式运行，为今后实现6-8寸碳化硅衬底批量供给能力奠定坚实的基础。

此外，对于构建碳化硅单晶生长的热场的高纯碳材料，科创中心也作出了相应探索。4月22日，科创中心宣布与嵊州市西格玛科技有限公司联合成立碳材料联合实验室，旨在充分发挥双方优势，推动高纯国产碳材料在以碳化硅为代表的半导体行业的深入应用。

西格玛科技有限公司几十年来一直致力于半导体行业用高纯碳材料的研制，产品包括高纯等静压石墨部件、高纯石墨涂层部件、高纯碳素保温材料等，是国内高端半导体行业碳材料产品领先企业。

高纯碳材料构建的热场位于两千多度的碳化硅单晶生长炉中，碳化硅粉料受热升华而成气态分子，被传输到低温籽晶区域内结晶，可实现碳化硅单晶的生长。接下来，碳材料联合实验室将在国产化石墨组件开发及可靠性验证、国产化石墨热场开发、碳化硅耐腐蚀组件及石墨表面高温防护涂层开发验证等方面开展联合研究，共同打造高质量国产高纯碳材料并应用于碳化硅单晶生长中，助力我国高端碳材料国产化及半导体产业发展。