SiC新突破：溶液法、7英寸、明年销售

最近，日本名古屋大学又公布一项碳化硅技术创新，采用溶液法成功生长了6英寸的碳化硅衬底，而且缺陷降低至1%。

通常，碳化硅企业要实现尺寸从4寸到6寸的突破，通常需要5年，而名古屋大学仅用了1年时间，就实现了碳化硅衬底从3英寸到6英寸的突破。

“三代半风向”研究多份文献发现，这项碳化硅技术还有许多亮点：

▲碳化硅长晶过程“可视化”，解决了“暗箱操作”难题。

▲采用人工智能技术，实现多参数的实时监控，通过机器学习找到最佳生长条件。

据介绍，相关产品将在明年出样，2025年将正式量产，目前，日立、Mipox已经参与生产和投资。它是怎么做得的？

传统难题：

参数多、暗箱操作、缺陷大

众所周知，碳化硅半导体器件非常节能，目前生长高质量的碳化硅单晶技术已经建立，但晶体直径还不够大，业界正在努力开发6英寸、乃至8英寸以上的碳化硅晶体。

然而，碳化硅扩径主要有两个困难。

一是合成参数很多，而且组合数不胜数，因此很难从中找到最佳生长条件。

二是很难直接观察或控制长晶炉内部，因为生长SiC需要在一个完全封闭的设备中控制热液体的温度和流量，几乎是“暗箱操作”。

碳化硅单晶生长方法，来源：《2021第三代半导体调研白皮书》

而且，采用传统PVT升华法生长碳化硅单晶，存在晶体缺陷密度高的问题，尤其是难以制备高纯度的半绝缘碳化硅单晶。因此，部分企业开始研发溶液法。前段时间，住友已经用溶液法成功生长了高质量的6英寸碳化硅衬底，而且生长速度也提升了5倍左右（.链接.）。

那么，溶液法还会有什么新的突破？

名古屋大学：

溶液法+可视化+人工智能

10 月22 日，名古屋大学宣布，他们使用“溶液生长法”已成功生产出高质量的6英寸SiC 单晶衬底，并且将结晶缺陷数量降至原来百分之一，提高了碳化硅衬底的成品率。

该技术的关键在于：人工智能+可视化技术。

第一步，名古屋大学开发了一个人工智能系统，可以通过机器学习，高速预测内部状态，预测速度只需要大约 0.03秒。

第二步，名古屋大学与日新技研开发了一个可以观察内部的碳化硅长晶炉。

第三步，名古屋大学联合Daruma Japan GK创建一个可视化系统，可以透过动画图形，实时模拟设备内部和高温液体的状态。

该系统是基于上述的人工智能，将预测的内部状态，用图像的形式呈现，从而使得操作员能够控制各种参数，同时可以通过逼真的图像立即了解内部状态。

研发速度提升100倍

7英寸晶体已经开发

据介绍，2017年，名古屋大学课题组已经用溶液生长法开发了缺陷密度比升华法低一个数量级以上的SiC单晶。然而，当时的碳化硅晶体尺寸只有10平方毫米。

根据名古屋的说法，得益于这种预测系统，他们加快了工艺开发速度。最近，他们仅用一年左右，他们的碳化硅单晶就成功从3英寸生长到6英寸，而其他企业从4英寸做到6英寸大概需要5年时间。

这种人工智能技术在短时间内已经执行数百万次试验，他们认为，该技术能够将大尺寸SiC晶体开发周期缩短到1/10至1/100左右。

目前，该课题组已经开始开发8英寸的单晶衬底，目前已经成功地将碳化硅直径增加到7英寸。

接下来，名古屋大学将推动这项技术的产业化，据悉，2021年6月该大学的宇治原教授已经成立了UJ-Crystal公司，计划2022年销售样品，2025年实现量产。

据介绍，目前日立金属公司已经参与该技术的量产；11 月 12 日抛光制造商Mipox 已经收购了UJC-Crystal 11.5%的普通股，并跟UJ-Crystal建立资本和业务联盟。

此外，名古屋大学表示，该方法不仅可以应用于SiC，还可以应用于GaN相关项目。

来源：第三代半导体风向