中国粉体网讯 近日，经过晶体实验室研发团队半年多的技术攻关，晶盛机电首颗8英寸N型SiC晶体成功出炉，这标志着晶盛机电第三代半导体材料SiC研发自此迈入8英寸时代。
碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表，具有高禁带宽度、高电导率、高热导率等优越物理特征，在新能源汽车、新能源发电、轨道交通、航天航空、国防军工等领域的应用有着不可替代的优势。碳化硅单晶材料主要分为导电型衬底和半绝缘衬底两种，其中，在导电型衬底上生长碳化硅外延层，可进一步制成功率器件，并应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域；在半绝缘型衬底上生长GaN外延层，可进一步制成微波射频器件，应用于5G通讯、雷达等领域。目前，新能源汽车、光伏和充电基础设施是碳化硅的主要应用领域，占比分别为41.59%、23.11%和19.78%，新能源汽车和光伏发电市场的蓬勃发展带动了碳化硅市场需求的快速增长，预计2022-2026年的市场规模将从16亿美元增至46亿美元，复合增长率为30%，市场成长空间巨大。
目前，以硅基为材料的晶圆已经开始从8英寸迈向了12英寸，与硅晶圆相比，SiC器件成本高的一大原因就是SiC衬底制造、衬底切割加工、氧化工艺等方面工艺难度大。数据显示，衬底成本大约占晶片加工总成本的50%，外延片占25%，器件晶圆制造环节20%，封装测试环节5%。大尺寸SiC衬底成本高昂的原因是SiC晶体制备技术门槛极高。
与传统的单晶硅使用提拉法制备不同，目前规模化生长SiC单晶主要采用物理气相输运法(PVT)或籽晶的升华法。这也就带来了SiC晶体制备的两个难点：一是生长条件苛刻，需要在高温下进行。一般而言，SiC气相生长温度在2300℃以上，压力350MPa，而硅仅需1600℃左右。高温对设备和工艺控制带来了极高的要求，生产过程几乎是黑箱操作难以观测。如果温度和压力控制稍有失误，则会导致生长数天的产品失败。二是生长速度慢。PVT法生长SiC的速度缓慢，7天才能生长2cm左右。而硅棒拉晶2-3天即可拉出约2m长的8英寸硅棒。
还有一个令人头疼的问题，SiC存在200多种晶体结构类型，其中六方结构的4H型(4H-SiC)等少数几种晶体结构的单晶型SiC才是所需的半导体材料，在晶体生长过程中需要精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率以及气流气压等参数，否则容易产生多晶型夹杂，导致产出的晶体不合格。
此次晶盛机电研发成功的8英寸SiC晶体，晶坯厚度25mm，直径214mm，是晶盛在大尺寸SiC晶体研发上取得的重大突破。不但成功解决了8英寸SiC晶体生长过程中温场不均、晶体开裂、气相原料分布等难点问题，同时还破解了SiC器件成本中衬底占比过高的难题，为大尺寸SiC衬底广泛应用打下基础。
参考来源：晶盛机电公众号、晶盛机电2021年年报、中国粉体网
（中国粉体网编辑整理/山川）
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