中國粉體網訊 作為新能源汽車、光伏和5G通訊等戰略性半導體材料，碳化硅晶體在推動綠色、低碳、高效新型產業發展的重要性可見一斑。相比Si基器件，SiC器件具有耐高溫、耐高壓、高頻特性好、轉化效率高、體積小和重量輕等優點。
目前，SiC材料已知的晶體結構有250多種，主要類型有六方體（2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC）和立方體3C-SiC等。
雖然SiC具有200多種晶型，但商業化的器件如電動汽車、光伏工業和其他應用的核心器件:金屬-氧化物-半導體場效應品體管(MOSFET)主要制備在六方4H-SiC單晶襯底上，這是因為采用目前最成熟的物理氣相傳輸(PVT)法可以實現4H-SiC單晶襯底的大規模產業化生長。但是，SiC MOSFET功率器件存在柵氧界面可靠性差、載流子遷移率低、歐姆接觸差等問題。與4H-SiC相比3C-SiC具有更低的界面缺陷態密度、更高的理論和實際載流子遷移率、更高的熱導率。因此，基于3C-SiC的MOSFET器件具有更高的可靠性、更長的壽命和更高的穩定性，有望解決SiC-MOSFET功率器件的行業痛點。另外，由于4H-SiC MOSFET存在可靠性、穩定性和低壽命等缺陷，導致目前中國在車規級主驅MOSFET器件的90%依賴進口。
PVT法是目前碳化硅單晶生長應用最普遍的方法之一，但PVT法難以生長高質量的特定晶型，盡管目前的技術能成功生長n型4H碳化硅單晶，但依然無法有效生長p型4H-SiC單晶和3C-SiC單晶。
2023年4月18日，中科院物理所在期刊上發表了關于采用液相法生長3C-SiC襯底的技術文獻。文獻提到，該團隊是通過在4H-SiC襯底上生長3C-SiC單晶，技術成果超出了以往理論預期，通過這項技術，他們能夠持續穩定地生長高質量和大尺寸的3C-SiC晶體——直徑為2~4英寸，厚度為4.0~10毫米。
該團隊認為，該技術拓寬了異質晶體生長的機制，并為3C-SiC晶體的大規模生產提供了可行的途徑，未來3C-SiC功率器件性能有望比目前主流的4H-SiC更好。
液相法生長碳化硅由于是一種接近于熱力學平衡的生長方法，生長的晶體缺陷密度會更低，易于實現擴徑、可以獲得P型晶體。中國科學院物理研究所在陳小龍老師的帶領下，團隊在液相法生長碳化硅上取得一系列的進展。與硅不同，碳化硅在加熱到熔化之前就升華了。因此，合適的助溶劑體系是液相法生長碳化硅單晶的基礎，主要有三方面的要求：一是大的溶C能力；二是液相區無第二相；三是合適的固-液界面能，來調控想要生長的是p型碳化硅單晶還是3C-SiC單晶。
通過一系列的研究表明，液相法在生長P型4H-SiC單晶和3C-SiC單晶上具有很明顯的優勢。2025年8月21日，中國粉體網將在蘇州舉辦第三代半導體SiC晶體生長及晶圓加工技術研討會。屆時，來自中國科學院物理研究所副研究員李輝將帶來《液相法生長立方碳化硅和P型碳化硅》的報告，講述液相法在不同晶型SiC單晶生長中的應用解決方案以及研究進展，歡迎報名參會！
來源：EnergyEnvironmentalMaterials、廈門市集成電路行業協會
（中國粉體網編輯整理/空青）
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