中国粉体网讯 在半导体产业链中，以先进陶瓷为代表的关键零部件是支撑半导体设备实现先进制造的重要载体，也是目前国产化替代的重要领域。同时，以碳化硅为代表的第三代半导体材料已展现出极其重要的战略性应用价值，其中碳化硅单晶制备占据价值链最核心位置。4月25日，由中国粉体网主办的“第三届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会暨第三代半导体SiC晶体生长技术交流会”在江苏苏州隆重开幕，会议期间，我们邀请到众多专家学者做客“对话”栏目，围绕先进陶瓷在半导体行业的应用研究及碳化硅单晶生长技术及产业化进行了访谈交流。本期，我们邀请到的是天津理工大学功能晶体研究院徐永宽副院长。
中国粉体网：徐院长您好，目前三种主流的碳化硅单晶生长方法中，您认为哪一个最具有发展前景或最具有实用价值？为什么？
徐院长：现在就判定哪一种方法最好，还为时过早。在短期内PVT法仍将是主流，但PVT法如果不能解决成品率低、生产效率低、综合成本高的问题，很可能会被HTCVD法和熔液法替代，但是如果PVT法彻底解决这些问题，实现重大突破，留给HTCVD法和熔液法的空间就很小了。与PVT类似，HTCVD法和熔液法也面临着一些自己的问题，这里面有科学问题，但大部分是工程问题，我们可以参考光伏中：多晶硅生产中的西门子法多晶硅和硅烷法多晶硅的竞争，电池板的多晶路线和单晶路线的竞争，有时候是此消彼长，有时候是各自对应不同的应用方向，但发展是硬道理，不存在一个路线的优势可以一劳永逸存续。
中国粉体网：徐院长，针对大尺寸碳化硅单晶生长，我们目前面临着哪些技术难题？该如何解决？
徐院长：目前主流都是PVT法，它面临的技术问题：一是感应炉控功率模式造成的成品率太低的问题；二是优于碳化硅非化学计量比升华造成的单晶生长速率低和晶体太短的问题，现在行业里每台单晶炉每年生产晶片不超过500片，不提高生产效率，靠大量增加炉子数量，是没有前途的。针对成品率问题，我认为，采用上下可以分别控制温度的双温区电阻单晶炉或双线圈感应炉，是未来发展的必然。针对生长速率低、晶体太短的问题，目前行业里大家已经通过使用碳化钽涂层和多孔石墨来改进，但要从根本上解决还需要科研人员进一步发挥自己的聪明才智。
中国粉体网：徐院长，针对不同的制备工艺，碳化硅单晶生长对设备和原材料有哪些特殊需求？
徐院长：PVT法设备最关键的就是要能够稳定的控制温度和压力，最好坩埚上下温度能够分别稳定的控制，对于碳化硅粉料，目前来看需要粉料的粒径要大，要达到毫米级的粒径，这样才不容易烧结，升华才相对稳定。
对于HTCVD法设备，关键是要能实现2500℃以上的高温，而且要双温区。原料材料是气体，目前都没问题。关键是石墨件和保温材料要碳化钽涂层，而且需要低成本化。
对于熔液法，后面关键是要发展带搅拌磁场的电阻法炉子，把加热和电磁搅拌分开。原辅材料方面，最关键的是坩埚怎么降成本，一是如何实现低成本的一次性使用的坩埚，二是如何实现多次利用。
中国粉体网：徐院长，能否分享一下目前您和您的团队在碳化硅单晶生长技术方面的研究进展。
徐院长：我们开发了新一代6英寸、8英寸的双温区电阻单晶炉，上下温度可以稳定精确控制，基于这样的炉子，我们可以实现6天生长3cm左右的晶体，这比行业普通水平提高2倍以上。同时我们正在开发下一代的炉子，有希望把生产效率提高一个数量级。
在熔液法方面，我们在仿真模拟、工艺研究、配方探索方面做了一些工作。在学校里我们可以生长出4英寸单晶，在热场设计和基本工艺方面是完全掌握的。另外我们探索了适合N型碳化硅单晶生长熔液配方。
在HVPE方面主要开展了仿真模拟的工作，搭建一台HTCVD设备，但是学校条件限制，还没开展工艺实验。
中国粉体网：徐院长，请展望一下碳化硅单晶生长工艺在未来可能的发展方向。
徐院长：碳化硅单晶生长工艺肯定是向着低成本化、高效率化方向发展，首先从价格上未来6英寸碳化硅衬底的售价有希望降低到1000元人民币以下，应用场景及市场规模会非常巨大，碳化硅将在半导体衬底方面占据主导地位，其他化合物半导体基本是通过外延或键合方式，在碳化硅衬底上使用。
生产效率方面，碳化硅单晶长度将比现在更长，但是受材料特性影响，估计单晶长度最多也就是达到10厘米。要进一步提高生产效率，就是向横向发展，例如单晶尺寸向12英寸、16英寸发展，或者向一个坩埚生长多个晶体方向发展。
（中国粉体网编辑整理/空青）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除
