最近，國(guó)產(chǎn)SiC襯底又有新進(jìn)展——同光晶體成功制備了無(wú)微管缺陷的6英寸SiC單晶，“更適合制作高壓、特高壓功率器件”。

據(jù)介紹，同光晶體采用了改進(jìn)型PVT生長(zhǎng)設(shè)計(jì)方案，其6英寸SiC晶片無(wú)任何的應(yīng)力斑出現(xiàn)，晶格基平面彎曲較小，其(004)衍射指數(shù)的平均半峰寬低至19弧秒，電阻率分布均勻。

該成果刊登在《硅酸鹽學(xué)報(bào)》2021年4月刊，投稿時(shí)間為2020年7月。    
     

創(chuàng)新生長(zhǎng)工藝

解決微管缺陷難題

業(yè)界經(jīng)過(guò)近30年的努力，已經(jīng)可以成熟制備無(wú)微管缺陷的2-4英寸4H-SiC單晶材料， 但6英寸4H-SiC單晶還存在一定的難度。   同光晶體認(rèn)為，制備無(wú)微管缺陷的6英寸SiC單晶，應(yīng)當(dāng)避免多型的產(chǎn)生，而他們的方法是對(duì)物理氣相傳輸(PVT)法進(jìn)行改良。   據(jù)介紹，在常規(guī)生長(zhǎng)裝配條件下，生長(zhǎng)組分流的方向部分與生長(zhǎng)臺(tái)階流方向同向，部分與臺(tái)階流方向相向。而同光晶體的改進(jìn)方案采用了引流裝配或非對(duì)稱溫場(chǎng)設(shè)計(jì)，在生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)組分流的方向幾乎都與臺(tái)階流的方向相向。     圖1：兩種PVT法示意圖    這種改進(jìn)工藝有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) ——單晶生長(zhǎng)表面的組分原子能夠很快達(dá)到生長(zhǎng)臺(tái)階的扭折位，保證了原子臺(tái)階的有序推進(jìn)，從而完整地復(fù)制了單晶的晶型結(jié)構(gòu)。   另外，臺(tái)階的有序推進(jìn)不會(huì)產(chǎn)生臺(tái)階的聚并現(xiàn)象，就不會(huì)產(chǎn)生寬大的臺(tái)階，從而避免了由于寬臺(tái)階產(chǎn)生的二維多型成核現(xiàn)象。因此，改進(jìn)工藝極大地提高了6英寸n型SiC單晶晶型的穩(wěn)定性。      

性能優(yōu)異

滿足功率器件需求

根據(jù)論文，該襯底晶片的 Raman光譜檢測(cè)掃描結(jié)果顯示，整個(gè)6英寸晶片全為單一的4H-SiC晶型。     圖2：6英寸SiC Raman光譜掃描圖   通過(guò)偏光應(yīng)力儀發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)生長(zhǎng)工藝條件后， 晶片中無(wú)任何應(yīng)力亮斑，說(shuō)明生長(zhǎng)的SiC 單晶的結(jié)晶質(zhì)量較好。     圖3：兩種工藝晶片偏光應(yīng)力分布對(duì)比   高分辨XRD搖擺曲線模式測(cè)試結(jié)果顯示，整個(gè)晶片的取向差在0.04°以內(nèi)，并且在X軸方向的曲率半徑≥132 m，這表明其晶格基平面彎曲較小、堆垛層錯(cuò)較少。   另外，其測(cè)試搖擺曲線的半峰寬多數(shù)都在30弧秒以下，平均半峰寬為19弧秒，這表明其結(jié)晶質(zhì)量非常高，內(nèi)部不存在大量的微觀缺陷。     圖4：6英寸SiC單晶的(004)晶面高分辨XRD搖擺曲線掃描圖。   同時(shí)，渦流方法測(cè)試結(jié)果顯示，其電阻率值在16.8-22.2 m?·cm之間。電阻率分布均勻，統(tǒng)計(jì)的離散系數(shù)為3.5%。平均電阻率值為20.5 m?·cm，已能很好地滿足功率器件的制作要求。     圖5：6英寸n型SiC單晶晶片的電阻率分布圖  

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