液相法制備碳化矽納米線?當下消費電子正處在下行周期，而汽車電子（尤其是電動汽車）則逆勢上行憑借性價比優勢碳化矽功率器件已在電動汽車賽道中占比15%之多雖然有來至矽基器件的成本壓力，但是當下供不應求的市場态勢，又部分釋放了碳化矽必須降價的壓力不過從長遠看，降本仍然是加速碳化矽應用滲透的關鍵要素，而液相法碳化矽晶體生長技術正是恰逢其時的有效解決方案，成為極具競争力的低成本碳化矽襯底創新技術之一，下面我們就來說一說關于液相法制備碳化矽納米線?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

液相法制備碳化矽納米線

當下消費電子正處在下行周期，而汽車電子（尤其是電動汽車）則逆勢上行。憑借性價比優勢碳化矽功率器件已在電動汽車賽道中占比15%之多。雖然有來至矽基器件的成本壓力，但是當下供不應求的市場态勢，又部分釋放了碳化矽必須降價的壓力。不過從長遠看，降本仍然是加速碳化矽應用滲透的關鍵要素，而液相法碳化矽晶體生長技術正是恰逢其時的有效解決方案，成為極具競争力的低成本碳化矽襯底創新技術之一。

液相法碳化矽長晶基本原理是碳（溶質）被溶解在矽和助溶劑組成的高溫液體（溶劑）中，碳（溶質）因過飽和而在碳化矽籽晶處析出，同時因晶格庫倫場的作用攜帶出矽原子，實現碳化矽晶體的生長。具有生長溫度低而結晶質量高、生長速度快而容易長厚、便于擴徑而容易長大和容易實現Al摻雜而獲得p型低阻襯底等優勢。

液相法生長SiC最早可以追溯到60多年前的1961年,Halden等首次從溶解了C的高溫Si熔體中獲取了SiC單晶,當時液相法生長SiC單晶的研究要比PVT法更活躍些。70 年代以後，因PVT法取得了快速突破而逐漸成為主流技術方向。差不多沉寂了20年後，液相法又逐步被提上研究日程，并取得一些進展，如德國埃爾蘭根大學的Hofmann等在2000年利用 TSSG法（目前液相法主流技術分支）生長出直徑1英寸厚度達20 mm的SiC晶體。尤其是近年來PVT技術在降低成本問題上遇到了嚴重障礙，液相法再次成為學界及業界關注的焦點，研發工作主要集中在日本、韓國和中國。其中日本有住友金屬、豐田汽車、三菱電機、東京大學、名古屋大學等,韓國有陶瓷工程技術研究所、延世大學、東義大學等，中國有中科院物理所、北京晶格領域和常州臻晶半導體等。日本住友金屬利用一種所謂MPZ（多參數和區域控制）液相技術，目前最新的研究進展是生長了高質量、低成本6英寸SiC，SiC長晶速度提高了5倍左右，消除了表面缺陷和基平面位錯，無缺陷區（DFA）達到99%。日本名古屋大學已實現了7英寸碳化矽晶體的生長；國内也已實現了6英寸晶體的生長，并在逐步提升晶體品質。

不過目前國内外都尚未實現液相法碳化矽襯底的産業化。主要還有一些關鍵科學問題和産業化關鍵技術問題急需突破。主要科學問題包括助溶劑體系高溫熱力學性質的深入研究，如熔點、表面張力、黏度、飽和蒸氣壓以及相關的相圖等關鍵的熱力學參數；生長動力學問題，如碳和矽的去溶劑化勢壘及其在生長界面的遷移率，這些直接影響長晶速度的物理機制；多元活性助溶劑助溶機理問題，如何構建多元活性助溶劑體系，實現碳源的快速持續供應，可以實現快速生長，提高長晶效率；位錯轉變與消除的機理問題，可以得到位錯在液相生長過程中消除的宏觀規律。主要技術問題有生長速率和結晶質量的平衡，平衡好晶體生長速率和結晶質量之間的矛盾是有效提高晶體生長速率的關鍵；助溶劑包裹、表面宏觀溝槽等粗糙界面以及多晶等結晶缺陷抑制的工藝技術；碳源持續供應問題，作為碳源的石墨坩埚腐蝕消耗乃至被腐蝕穿是必須有效控制的；實時動态調控技術問題，晶體生長過程可控是液相法的一個重要優勢,可實現多點溫度實時監控，溫場空間實時穩定可調，固液界面狀态實時圖像監控，可以實現實時可控生長，提高産品良率；固液界面穩定技術，實現碳源的近程輸運，降低助溶劑體系的自然對流場強度，熱對流與強迫對流的适度平衡，保障穩定的固液界面，可以實現長時間穩定生長，提高長晶厚度等。

雖然液相法目前尚未成熟，離産業化還有一定距離,但相信在資本、業界、學界和政府的合力推進下,以上液相法生長SiC晶體中核心科學和技術問題都将逐個被突破,産業前景未來可期。

來源：化合物半導體

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