项目成熟阶段：√孵化期     □生长期     □成熟期

概况：

当今世界，能源问题受到国际社会的普遍关注，节能减排已成为世界的共识。碳化硅器件作为新兴第三代半导体器件的杰出代表，与传统的硅器件相比较，功率损耗和装置体积可减小50%以上，工作电压、工作频率可以达到硅器件的10倍，电流密度达到硅器件的4倍，可靠性更高，节能优势明显。

碳化硅外延技术对于碳化硅器件性能的充分发挥具有决定性的作用，几乎所有SiC功率器件的制备均是基于高质量SiC外延片，SiC外延材料的厚度、背景载流子浓度等参数直接决定着SiC器件的各项电学性能。高电压应用的碳化硅器件对于外延材料的厚度、背景载流子浓度等参数提出新的要求。因此，碳化硅材料外延技术的研究是非常有意义的。

技术特点：

本项目研究的碳化硅外延技术有其特殊性，不同于一般的半导体外延技术，SiC外延生长技术在生长温度、生长速率、缺陷和均匀性控制的具体指标要求以及实现途径上都突出了电力系统应用的特点。目前，国际上已经形成了从碳化硅衬底材料、外延材料到器件制备的一整套产业体系。高质量SiC外延材料是SiC功率器件的基础材料，目前的国内外电力电子器件需要的碳化硅外延材料的发展趋势都是向大直径、低缺陷、高度均匀性等方向发展。本课题组在自主研发的垂直热壁CVD 系统用氯基法在4°偏角的4H-SiC 衬底上进行同质快速外延，优化生长条件，将4H-SiC 外延生长速率提高到52 μm/h，并在46 μm/h 的高生长速率下，获得了厚度为96.7 μm 的4H-SiC 外延层，表面粗糙度可低至0.5nm以下（5 μm×5 μm），完全可以满足器件研制的需求。

专利情况：中科院半导体所21项。

市场分析及应用情况：

首先，该项目的进行将为发展电网用碳化硅电力电子器件提供最重要的技术支持。目前，几乎所有的碳化硅器件都是在碳化硅外延层上制备的。高质量的碳化硅外延材料是研究制备电网用碳化硅电力电子器件的基础。由于电网设备要求半导体器件具有高耐压、大电流、低损耗、高频、高温和低过冲电压等特殊性能，因此电力电子器件碳化硅外延材料的制备也面临新的更高的要求。采用自主开发的碳化硅外延技术，将为充分发挥碳化硅材料的优势，制备满足电网系统需求的碳化硅器件创造必要的条件。

其次，完全自主知识产权、自主研发的碳化硅外延技术有助于打破目前的垄断，降低降低成本，为大规模应用创造条件。目前，美国的CREE公司约占市场上的碳化硅材料外延以及碳化硅器件销售额的90%左右，主要面向1700V以下的中低电压市场，对于高压器件支持力度不大，并且依据其在技术上的先发优势形成垄断，价格远远高于成本。自主开展外延技术研究，将为针对性的开展中国电网需求的碳化硅器件提供最重要的技术支持，同时，打破CREE公司的垄断，成本预计可以降低到现在的20%-30%，满足大规模的电网应用的成本条件。

该项目的研究将为以碳化硅材料为基础的新一代电力电子技术的长足发展提供基础保障。从长远来看，有助于支撑未来可控、高效、坚强电网的发展，推动电网技术的进步。

合作方式：技术开发.