来源：anbo104.com 发布时间：2024-06-12 18:23:16 人气：1 次
越来越多的领域需要工作频率高，功率密度高，耐高温，化学稳定性高以及可以在强辐射环境中工作的材料，因此第三代半导体(即宽禁带半导体，禁带宽度大于2.2eV)受到了人们的极大关注，这些材料包括SiC，AlN，GaN，ZnO，金刚石等等，其中技术最为成熟的就是SiC。SiC半导体行业三个重点环节（衬底、外延和器件）中，衬底是SiC产业链的核心，在产业链中价值量占比最高，接近50%。衬底行业的发展也是未来SiC产业降本、大规模产业化的主要驱动力。
SiC单晶是由Si和C两种元素按照1:1化学计量比组成的Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体材料，硬度仅次于金刚石。C原子和Si原子都是4价电子，能形成4个共价键，组成SiC基本结构单元——Si-C四面体，每个C原子周围都有4个Si原子，每个Si原子周围都有4个C原子。
SiC衬底作为一种晶体材料，也具有原子层周期性堆垛的特性。Si-C双原子层沿着[0001]方向进行堆垛，由于层与层之间的键能差异小，原子层之间易产生不同的连接方式，这就导致SiC具有较多种类的晶型。常见晶型有2H-SiC、3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC等，其中，按照“ABCB”顺序进行堆垛的结构称为4H晶型。虽然不同晶型的SiC晶体具有相同的化学成分，但是它们的物理性质，特别是禁带宽度、载流子迁移率等特性有较大的差别。其中，4H晶型各方面的性能更适合半导体领域的应用。
生长温度、压力等多种因素都会影响SiC衬底的晶型稳定性，因此想要获得高质量、晶型均一的单晶材料，在制备过程中必须精确控制如生长温度、生长压力、生长速度等多种工艺参数。
从电化学性质差异来看，碳化硅衬底材料可大致分为导电型衬底（电阻率区间15~30mΩ·cm）和半绝缘型衬底（电阻率高于105Ω·cm）。
物理气相传输法（PVT）需要将Si和C按1:1合成SiC多晶颗粒粉料，其粒度、纯度都会直接影响晶体质量，特别是半绝缘型衬底，对粉料的纯度要求极高（杂质含量低于0.5ppm）。
碳化硅籽晶是晶体生长的基底，为晶体生长提供基础晶格结构，同样也是决定晶体质量的核心原料。籽晶位于反应器内部或原料上方。
物理气相传输法（PVT）主要包含三个步骤：SiC源的升华、升华物质的运输、表面反应和结晶。
● 晶体生长时，通过改变石墨坩埚上保温材料散热孔的大小和形状，使生长室内形成15-35℃/cm区间范围的温度梯度，SiC原料处于高温区，籽晶处于低温区，炉内会保留50-5000Pa压强的惰性气体以便增加对流；
● 然后通过感应加热或电阻加热将坩锅内的温度升至 2000-2500℃， SiC原料升华产生的气相 Si2C、SiC2和 Si 在温度梯度的作用下从原料表面传输到低温籽晶处，结晶成块状晶体。
该方法对生长设备要求低，过程简单，可控性强，技术发展相对成熟，国内开始慢慢地实现8英寸衬底的大量量产。
● 向生长室内稳定地通入SiH4+C3H8或SiH4+C2H4气体，由 He和 H2承载向上朝着籽晶方向输送，为晶体生长提供Si源与C源，在籽晶处实现SiC晶体的生长；
● 籽晶处的温度不高于 SiC的蒸发点，使得气相的碳化硅能够在籽晶下表面凝华，获得纯净的碳化硅晶锭。
HTCVD法能经过控制源输入气体比例可以到达较为精准的 Si/C比，进而获得高质量、高纯净度的碳化硅晶体，但由于气体作为原材料晶体生长的成本很高，该法大多数都用在生长半绝缘型晶体。
● 过饱和部分的C析出后，溶液随着对流回到壁处的高温端，并再次的溶解C，形成饱和溶液。
液相法生长温度相比来说较低，结晶质量高、生长速度快，容易长厚、便于扩径，可获得p型低阻衬底。目前国内能够正常的使用液相法生产4-6英寸的碳化硅晶体。凭借节能降本的优势，未来液相法或将实现进一步产业化。
将制得的碳化硅晶锭使用 X射线单晶定向仪进行定向，之后磨平、滚圆，去除籽晶面，去除圆顶面，加工成标准直径尺寸的碳化硅晶体。
将生长出的晶体切成片状，由于碳化硅的硬度仅次于金刚石，属于高硬脆性材料，因此切割过程耗时久，易裂片。
研磨抛光是将衬底表面加工至原子级光滑平面，衬底的表面状态，例如表面粗糙度，厚度均匀性都会直接影响外延工艺的质量。
碳化硅具有高硬度的特点，常用的适合碳化硅的磨料有碳化硼、金刚石等高硬度磨料。
该步骤用于去除工艺流程中残留的颗粒物以及金属杂质，最终检测能获取衬底表面、面型、晶体质量等全面的质量信息，帮助下游工艺进行追溯 。
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，进一步解决了多型相变问题，持续改善晶体结晶质量，成功生长出单一4H晶型的8英寸
），通常被称为金刚砂，是唯一由硅和碳构成的合成物。虽然在自然界中以碳硅石矿物的形式存在，但其出现相对罕见。然而，自从1893年以来，粉状
的能带间隔为硅的2.8倍(宽禁带),达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍,高达3.2MV/cm.，其导热率是硅的3.3倍,为49w/cm.k。它与硅半导体材料
并不例外新一代半导体开关技术出现得慢慢的变快。下一代宽带隙技术仍处于初级阶段，有望进一步改善许多应用领域的效率、尺寸和成本。虽然，随着
）半导体材料是自第一代元素半导体材料（Si、Ge）和第二代化合物半导体材料（GaAs
是宽禁带半导体材料的一种，主要特征是高热导率、高饱和以及电子漂移速率和高击场强等，因此被应用于各种半导体材料当中，
作用。是高温、高频、抗辐射、大功率应用场合下极为理想的半导体材料。由于
在自然界中以矿物碳硅石的形式存在，但十分稀少。不过，自1893 年以来，粉状
1824年被瑞典科学家Jns Jacob Berzelius发现以来，直到
）、氮化镓（GaN）等“WBG（Wide Band Gap，宽禁带，以下简称为：WBG）”以及基于新型材料的电力半导体，其研究开发技术备受瞩目。根据日本环保部提出的“加快
模组可用于太阳能发电、风力发电、电焊机、电力机车、远距离输电、服务器、家电、电动汽车、充电桩等用途。创能动力于2015年在国内开发出6英寸
MOSFET，例如垂直双扩散金属氧化物晶体管VDMOS）由于器件尺寸较大，影响了器件的特征导通电
MOSFET带来比传统硅MOSFET和IGBT明显的优势。在这里我们一起看看在设计高性能门极驱动电路时使用
)功率器件作为一种宽禁带器件，具有耐高压、高温，导通电阻低，开关速度快等优点。如何充分发挥
MOSFET）N+源区和P井掺杂都是采用离子注入的方式，在1700℃温度中进行退火激活。一个关键的
MOSFET对于驱动的要求也不同于传统硅器件，大多数表现在GS开通电压、GS关断电压、短路保护、信号延迟和抗干扰几个方面，具体如下
）又叫金刚砂，它是用石英砂、石油焦、木屑、食盐等原料通过电阻炉高温冶炼而成，其实
很久以前就被发现了，它的特点是：化学性能稳定、导热系数高、热线胀系数小、耐磨性能
对设备的要求不同表1中特别提到的是单面混装中，A面THC和B面SMD的
图 ┌——┐ ┌——┐ ┌———┐ ┌——┐ ┌——┐ ┌——┐ ┌——┐ │验布│→│裁剪│
（一）面辅料进厂检验面料进厂后要进行数量清点以及外观和内在质量的检验，符
在自然界中以矿物碳硅石的形式存在，但十分稀少。 不过，自 1893 年以来，粉状
在自然界中以矿物碳硅石的形式存在，但十分稀少。不过，自1893 年以来，粉状
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分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共 260多种结构，目前只有六方相中的 4H-
表面恢复到低于5x1010原子/cm2的清洁度水平。讨论了这些清洗在集成器件
市场基本被国外垄断，根据Yole多个方面数据显示，Cree、英飞凌、罗姆约占据了90％的
目前全球95%以上的半导体元件，都是以第一代半导体材料硅作为基础功能材料，不过随着电动车、5G等新应用兴起，硅基半导体受限硅材料的物理性质，在性能上有不易突破的瓶颈，因此以氮化
材料制备、外延层生长、器件制造以及下游应用。一般会用物理气相传输法（PVT法）制备
功率器件和氮化镓功率器件统称为第三代半导体，这个是相对以硅基为核心的第二代半导体功率器件的。今天我们着重介绍
晶体生长、晶锭加工、晶棒切割、切割片研磨、研磨片抛光、抛光片清洗等环节。
可以从外部购买得到，高质量的外延片也可以从外部购买到，可是这只是具备了获得一个
，而6英寸和8英寸的可用面积大约相差1.78倍，这也就从另一方面代表着8英寸制造将会在很大程度上降低
可以从外部购买得到，高质量的外延片也可以从外部购买到，可是这只是具备了获得一个
的器件具有耐高温、耐高压、大功率，还能大大的提升能量转换效率并减小产品体积等特点。
）是一种宽禁带半导体材料，具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点。由于这些优异的性能，
