成 熟 阶 段：□孵化期     √生长期     □成熟期

　　一、项目简介

　　碳化硅（SiC）材料是新兴第三代半导体材料的杰出代表。与传统的硅器件相比，SiC器件的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。高质量SiC外延材料是SiC功率器件的基础材料，国际上已经形成了从SiC衬底材料、外延材料到器件制备的一整套产业体系。国际电力电子器件所需的SiC外延材料，正向大直径、低缺陷、高度均匀性等方向发展。

　　本项目针对高压大功率SiC功率器件用大尺寸SiC外延片制备要求，研制了一台套生长速率>50微米/小时的高速大面积（4-6英寸）SiC外延生长设备，实现了SiC外延片的可定制生长。设备典型生长温度~1650℃、反应室生长压力~100 Torr，一次可进行1片6英寸或者1片4英寸SiC晶体片的外延生长，完成一次生长仅需1~2小时，单台设备日产量可达20片，填补了国内在大尺寸、低缺陷SiC外延晶片国产化方面的空白。项目组在自主研发的垂直热壁CVD系统中用氯基法在4°偏角的4H-SiC 衬底上进行同质快速外延，经优化生长条件后，能够制备结晶质量较高的外延片。通过改善表面粗糙度和抑制“Si滴”形成技术，可以实现n、p型SiC掺杂调控。

　　外延晶片可以用于各类中高功率碳化硅电力电子如肖特基二极管（SBD/JBS）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以及绝缘珊双极晶体管（IGBT）等器件的研制需求，其耐压规格可达1200V、1700V直至6.5KV。

　　            图1 运行中的自主产权碳化硅外延生长设备

                   图2 制备的碳化硅晶圆及其技术指标

　　二、技术特点

　　技术指标如下：

　　生长速率：10~50 mm/h可调；

　　掺杂浓度：1×1014~1×1019 cm-3；

　　掺杂浓度不均匀性：<10％；

　　外延层厚度：10-100 μm；

　　厚度不均匀性：£8%；

　　表面粗糙度：£1 nm；

　　表面缺陷密度：£10 cm-2。

　　三、专利情况

　　已在外延设备、外延生长和晶片处理等方面申请了专利20余项。

　　四、应用领域及市场前景

　　新一代电力系统所需电力电子器件，需要高质量SiC外延材料。电力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SiC外延材料的制备也面临新的更高的要求。

　　虽然，国际上SiC半导体的制备技术已较为成熟，但是受进口设备以及工艺技术等门槛限制，国内SiC外延晶圆片制造成本居高不下。目前，美国的CREE公司约占市场上SiC材料外延以及SiC器件销售额的90%，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，价格远远高于生产成本。半导体研究采用完全的自主知识产权、自主研发的Si外延技术，有助于打破垄断，降低降低成本，为大规模应用创造有利条件。采用自主知识产权的国产化外延设备，成本是进口设备的1/5；采用拥有自主知识产权的外延工艺，可以制备4-6英寸主流外延晶圆片，其利润根据产品规格达1-3万元/片。当前国内外市场年需求量可达60万片。

　　五、合作方式

　　技术开发