从基础到应用 碳化硅晶体研制获突破

碳化硅晶体是一种性能优异的半导体材料，在信息、交通、能源、航空、航天等领域具有重要应用。春节期间，中科院物理研究所科研团队们正在探索用一种新的方法生长碳化硅晶体，研制情况如何？

在物理研究所的先进材料与结构分析实验室，陈小龙和同事们正在对刚刚生长出来的碳化硅晶体进行分析研究。与传统的气相法不同，这个4英寸的碳化硅晶体采用的是最新的液相法生长而成。

中科院物理研究所研究员 陈小龙：它的优点就是生长温度是比较低的，比如说在1700~1800摄氏度左右，那么生长出来的晶体没有微管这种大的缺陷，位错密度也相对比较低一些。最重要的一个好处就是它生长出来的晶体良率比较高，就相当于变相地降低了每一片的成本。

相比同类硅基器件而言，碳化硅器件具有耐高温、耐高压、高频特性好、体积小和重量轻等优点，在电动汽车、光伏、轨道交通、5G通信等领域具有重要的应用价值。多年来，陈小龙带领团队立足自主研发，从基础研究到应用研究，突破了生长设备、高质量碳化硅晶体生长和加工等关键技术，实现了整套技术路线的自主可控。通过多年不懈攻关，科研团队通过气相法将碳化硅晶体直径从小于10毫米不断增大到2英寸、4英寸、6英寸和8英寸。

中国科学院物理研究所研究员 陈小龙：在2022年上半年，我们实验室取得了8英寸碳化硅生长的突破，但是质量还是不够高，还不能满足器件对它的需求。从6寸把它发展到8寸，这样在衬底上做出来的器件，就可以降低单个器件的衬底所占的成本，这是一个国际上发展的趋势。

深耕碳化硅晶体生长，陈小龙团队取得的成果带动国内20多家外延、器件和模块相关企业的成立和发展，形成碳化硅完整产业链，实现了我国宽禁带半导体产业的自主可控。从事碳化硅晶片研发生产的北京天科合达，就源于物理研究所先进材料与结构分析实验室的关键核心技术转化，目前已发展为国内最大、国际第四的导电碳化硅衬底供应商。春节期间，车间高温炉子里正在生长的，就是已经实现大规模生产的6英寸碳化硅晶体。

北京天科合达半导体股份有限公司总经理 杨建：我们也接到了国内外6英寸大量的订单和8英寸的小批量的订单，这也是需要我们去完成的工作。8英寸的质量不能比6英寸的质量低，这也是客户给我们提出来的一个明确的要求，所有的生产设备需要7×24小时开着，我们春节期间也不会停工和停产，一直会在工作。

目前，北京天科合达已向国内80多家企业及科研机构批量供应晶片，并大量出口至欧美和日本等20多个国家和地区。瞄准8英寸碳化硅下游市场，公司已投入大量研发经费，力争在2023年实现8英寸碳化硅晶片小批量生产和供应。

北京天科合达半导体股份有限公司总经理 杨建：在新的一年里，我们会继续加大我们的研发投入，希望能够在今年8英寸能够实现批量化生产。

中国科学院物理研究所研究员 陈小龙：2023年希望我和我的团队把碳化硅的晶体缺陷做得更低，在质量上有进一步的突破。

来源：中央电视台、第三代半导体产业