中科院物理研究所实现8英寸碳化硅生长的突破

碳化硅晶体是一种性能优异的半导体材料，在信息、交通、能源、航空、航天等领域具有重要应用。春节期间，央视新闻报道了中科院物理研究所科研团队们正在探索用一种新的方法生长碳化硅晶体的新闻。   在物理研究所的先进材料与结构分析实验室，陈小龙和同事们正在对刚刚生长出来的碳化硅晶体进行分析研究。与传统的气相法不同，这个4英寸的碳化硅晶体采用的是最新的液相法生长而成。  

  中科院物理研究所研究员陈小龙：“液相法的优点就是生长温度是比较低，比如说在1700~1800摄氏度左右，那么生长出来的晶体没有微管这种大的缺陷，位错密度也相对比较低一些。   最重要的一个好处就是它生长出来的晶体良率比较高，就相当于变相地降低了每一片的成本。”   根据承担中科院物理所液相法长晶关键核心技术转化的北京晶格领域半导体有限公司总经理张泽盛在此前的行业会议上提到：   “液相法生长大尺寸硅单晶碳的优势所在，液相法的优势首先是成本上的降低，一是生长原料是通过单体的硅和合金组成的，这样就省去了传统气相法生长过程中制备高纯碳化硅晶体粉末需要，原料相对来说可以节约一部分成本；   二是液相法生长的温度更低，节能上有一定优势；   三是液相法由于温度低，整个过程相对来说比较稳定，重复性和可靠性相对较好，良率有望得到提升。综合下来，我们认为降低30%左右的成本还是可以实现的。”   实际上，相比同类硅基器件而言，碳化硅器件具有耐高温、耐高压、高频特性好、体积小和重量轻等优点，在电动汽车、光伏、轨道交通、5G通信等领域具有重要的应用价值。  

多年来，陈小龙带领团队立足自主研发，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，实现了整套技术路线的自主可控。   通过多年不懈攻关，科研团队通过气相法将碳化硅晶体直径从小于10毫米不断增大到2英寸、4英寸、6英寸和8英寸。  

中科院物理研究所研究员陈小龙：“在2022年上半年，我们实验室取得了8英寸碳化硅生长的突破，但是质量还是不够高，还不能满足器件对它的需求。   从6寸把它发展到8寸，这样在衬底上做出来的器件，就可以降低单个器件的衬底所占的成本，这是一个国际上发展的趋势。”   深耕碳化硅晶体生长，陈小龙团队取得的成果带动国内20多家外延、器件和模块相关企业的成立和发展，形成碳化硅完整产业链，实现了我国宽禁带半导体产业的自主可控。  

  中国科学院物理研究所研究员陈小龙：“2023年希望我和我的团队把碳化硅的晶体缺陷做得更低，在质量上有进一步的突破。”   碳化硅晶片研发生产的北京天科合达，就源于物理研究所先进材料与结构分析实验室的关键核心技术转化，目前已发展为国内最大、国际第四的导电碳化硅衬底供应商。春节期间，车间高温炉子里正在生长的，就是已经实现大规模生产的6英寸碳化硅晶体。  

  北京天科合达半导体股份有限公司总经理杨建：“去年以来我们接到了国内外6英寸大量的订单和8英寸的小批量的订单，这也是需要我们去完成的工作。   8英寸的质量不能比6英寸的质量低，这也是客户给我们提出来的一个明确的要求，所有的生产设备需要7×24小时开着，我们春节期间也不会停工和停产，一直会在工作。”   目前，北京天科合达已向国内80多家企业及科研机构批量供应晶片，并大量出口至欧美和日本等20多个国家和地区。   瞄准8英寸碳化硅下游市场，公司已投入大量研发经费，力争在2023年实现8英寸碳化硅晶片小批量生产和供应。  

  北京天科合达半导体股份有限公司总经理杨建：“在新的一年里，我们会继续加大我们的研发投入，希望能够在今年8英寸能够实现批量化生产。”
近年来，下游需求带动下，SiC衬底正在从6英寸开始向8英寸推进，更大的衬底尺寸，意味着单片SiC晶圆能够制造出的芯片数量更多，晶圆边缘浪费减少，单芯片成本降低。   2022年3月份，烁科率先对外发布“8英寸N型SiC抛光片的小批量生产”以来，已有多家国内企业对外发布了8英寸产品。   “参照目前国内相关企业在8英寸SiC衬底上的进度，与国际领先水平的差距进一步拉近。相较于6英寸衬底量产的7年时间差，如果进度理想的话，8英寸SiC衬底量产时间与海外龙头的差距可能会缩短至3年。”一位行业人士如是说。  

  不过目前距离大规模量产仍有一段距离，天科合达曾在8英寸衬底产品发布会上指出：“8英寸量产产品如何最快都要2023年小规模量产，送样下游外延或器件厂商后才能做出判断”。现阶段从下游厂商对6英寸SiC衬底产品的反馈来看，国内供应商产品的缺陷、良率相比海外龙头还有一定距离。   主流媒体对碳化硅产业链的报道足以看出国家对“双碳”战略目标实现的重视，以及对第三代半导体产业发展的关注，2023年期待行业出现更多更新的“热词”，共同助推产业新发展！  

编辑：黄飞