发布日期：2019-01-08 浏览次数： 0
器件的飞速发展和应用的扩展，给 SiC 单晶带来诸多挑战。一是成本问题，SiC 衬底的价格仍远远高于 Si、蓝宝石等衬底。降低成本需要更加成熟的生长和加工技术，一方面提高衬底材料的成品率，另一方面是通过扩径研究增大面积，降低单个器件成本。2015 年国际厂商 Cree 等推出了 200 mm 的 SiC 衬底样品，并积极扩大产能，与英飞凌、意法半导体、安森美等国际半导体厂商签订长期的 6 英寸 SiC 衬底供货协议，为光伏逆变器、电动汽车等高增长市场提供材料支撑。2019 年，II-VI 签署了一项总金额超过 1 亿美元的多年协议，为部署在 5G 无线基站的氮化镓射频功率放大器提供碳化硅衬底。
其次就是单晶质量方面的问题。SiC 单晶衬底的位错密度仍高达 10^3 / cm2 以上，其面型参数如 Warp 等也难以控制。因此如何控制相关参数，减低缺陷密度、控制面型是 6 英寸和 8 英寸衬底质量优化的主要工作。2017 年 II-VI 公司在 Silicon carbide and related material 会议上报道了 200 mm 衬底位错密度控制的相关工作，其位错总数已经实现了 2. 8 × 10^3 / cm2 。然而如何控制位错密度鲜有报道。最后一个技术挑战是包括新的生长方法、温场设计、掺杂和加工等技术探索。现阶段如高温化学气相沉积法(HTCVD) 、液相生长技术仍在研发阶段，需要进一步的关注。HTCVD 法的特点是不受粉料的限制，以高纯气体作为原料，适合半绝缘单晶的制备。随着技术发展，其位错密度也逐步降低至 10^3 / cm2 ,生长速率从最初的微米量级提高到毫米量级。但是相比 PVT，其成本仍然较高。日本相关单位一直致力于液相法。液相法的优点是近平衡生长，可以获得低缺陷密度衬底。难度是 Si 溶液中的 C 溶解度极低，很难形成化学计量比的溶体，这就导致单晶生长速率极低。因此考虑加入金属催化剂如 Ge、Al、Cr、Ti、Fe 等增加碳的溶解度，其中 Fe 基的 Fe-Si 合金速率可实现 200 μm / h 的生长。现阶段液相生长可以实现扩径生长，直径最大到 4 英寸。同时,在籽晶缺陷密度很大的情况下,生长的晶体缺陷密度也仅有籽晶的十分之一，有助于实现零螺位错、刃位错的衬底生长
