碳化硅（SiC）作為第三代半導(dǎo)體材料，在功率半導(dǎo)體等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力，但長期以來面臨大尺寸晶體制備的工藝難題，碳化硅單晶襯底在器件成本中占比也高達(dá)近 50%。
近期，中科院物理研究所科研人員通過優(yōu)化生長工藝，改善晶體結(jié)晶質(zhì)量，成功制備單一 4H 晶型的 8 英寸碳化硅（SiC）晶體，并加工出厚度約 2mm 的 8 英寸 SiC 晶片，實現(xiàn)了國產(chǎn)大尺寸碳化硅單晶襯底的突破。
中科院方面表示，該成果轉(zhuǎn)化后，將有助于增強(qiáng)我國在 SiC 單晶襯底的國際競爭力。
在已有的研究基礎(chǔ)上，2017 年，陳小龍研究員、博士生楊乃吉、李輝副研究員、王文軍主任工程師等開始 8 英寸 SiC 晶體的研究，通過持續(xù)攻關(guān)，掌握了 8 英寸生長室溫場分布和高溫氣相輸運特點，以 6 英寸 SiC 為籽晶，設(shè)計了有利于 SiC 擴(kuò)徑生長的裝置，解決了擴(kuò)徑生長過程中籽晶邊緣多晶形核問題；設(shè)計了新型生長裝置，提高了原料輸運效率；通過多次迭代，逐步擴(kuò)大 SiC 晶體的尺寸；通過改進(jìn)退火工藝，減小了晶體中的應(yīng)力從而抑制了晶體開裂。2021 年 10 月在自研的襯底上初步生長出了 8 英寸 SiC 晶體。
研發(fā)團(tuán)隊通過優(yōu)化生長工藝，進(jìn)一步解決了多型相變問題，持續(xù)改善晶體結(jié)晶質(zhì)量，成功生長出了單一 4H 晶型的 8 英寸 SiC 晶體，晶坯厚度接近 19.6 mm，加工出了厚度約 2mm 的 8 英寸 SiC 晶片并對其進(jìn)行了相關(guān)測試。
Raman 散射圖譜和 X 射線搖擺曲線測試結(jié)果表明生長的 8 英寸 SiC 為 4H 晶型；(0004) 面的半高寬平均值為 46.8 arcsec。相關(guān)工作已申請了三項中國發(fā)明專利。
8 英寸 SiC 導(dǎo)電單晶研制成功是物理所在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域取得的又一個標(biāo)志性進(jìn)展，研發(fā)成果轉(zhuǎn)化后，將有助于增強(qiáng)我國在 SiC 單晶襯底的國際競爭力，促進(jìn)我國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
以上工作得到了科技部、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)、國家自然科學(xué)基金委、北京市科委、工信部、中國科學(xué)院等部門的大力支持。
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