液相法 晶体生长技术

当下消费电子正处在下行周期，而汽车电子（尤其是电动汽车）则逆势上行。凭借性价比优势 功率器件已在电动汽车赛道中占比15%之多。虽然有来至硅基器件的成本压力，但是当下供不应求的市场态势，又部分释放了 必须降价的压力。不过从长远看，降本仍然是加速 应用渗透的关键要素，而液相法 晶体生长技术正是恰逢其时的有效解决方案，成为极具竞争力的低成本 衬底创新技术之一。

液相法 长晶基本原理是碳（溶质）被溶解在硅和助溶剂组成的高温液体（溶剂）中，碳（溶质）因过饱和而在 籽晶处析出，同时因晶格库伦场的作用携带出硅原子，实现 晶体的生长。具有生长温度低而结晶质量高、生长速度快而容易长厚、便于扩径而容易长大和容易实现Al掺杂而获得p型低阻衬底等优势。

液相法生长SiC最早可以追溯到60多年前的1961年,Halden等首次从溶解了C的高温Si熔体中获取了SiC单晶,当时液相法生长SiC单晶的研究要比PVT法更活跃些。70 年代以后,因PVT法取得了快速突破而逐渐成为主流技术方向。差不多沉寂了20年后，液相法又逐步被提上研究日程，并取得一些进展，如德国埃尔兰根大学的Hofmann等在2000年利用 TSSG法（目前液相法主流技术分支）生长出直径1英寸厚度达20 mm的SiC晶体。尤其是近年来PVT技术在降低成本问题上遇到了严重障碍，液相法再次成为学界及业界关注的焦点，研发工作主要集中在日本、韩国和中国。其中日本有住友金属、丰田汽车、三菱电机、东京大学、名古屋大学等,韩国有陶瓷工程技术研究所、延世大学、东义大学等，中国有中科院物理所、北京晶格领域和常州臻晶半导体等。日本住友金属利用一种所谓MPZ（多参数和区域控制）液相技术，目前最新的研究进展是生长了高质量、低成本6英寸SiC，SiC长晶速度提高了5倍左右，消除了表面缺陷和基平面位错，无缺陷区（DFA）达到99%。日本名古屋大学已实现了7英寸 晶体的生长；国内也已实现了6英寸晶体的生长，并在逐步提升晶体品质。

不过目前国内外都尚未实现液相法 衬底的产业化。主要还有一些关键科学问题和产业化关键技术问题急需突破。主要科学问题包括助溶剂体系高温热力学性质的深入研究，如熔点、表面张力、黏度、饱和蒸气压以及相关的相图等关键的热力学参数；生长动力学问题，如碳和硅的去溶剂化势垒及其在生长界面的迁移率，这些直接影响长晶速度的物理机制；多元活性助溶剂助溶机理问题，如何构建多元活性助溶剂体系，实现碳源的快速持续供应，可以实现快速生长，提高长晶效率；位错转变与消除的机理问题，可以得到位错在液相生长过程中消除的宏观规律。主要技术问题有生长速率和结晶质量的平衡，平衡好晶体生长速率和结晶质量之间的矛盾是有效提高晶体生长速率的关键；助溶剂包裹、表面宏观沟槽等粗糙界面以及多晶等结晶缺陷抑制的工艺技术；碳源持续供应问题，作为碳源的石墨坩埚腐蚀消耗乃至被腐蚀穿是必须有效控制的；实时动态调控技术问题，晶体生长过程可控是液相法的一个重要优势,可实现多点温度实时监控，温场空间实时稳定可调，固液界面状态实时图像监控，可以实现实时可控生长，提高产品良率；固液界面稳定技术，实现碳源的近程输运，降低助溶剂体系的自然对流场强度，热对流与强迫对流的适度平衡，保障稳定的固液界面，可以实现长时间稳定生长，提高长晶厚度等。

虽然液相法目前尚未成熟，离产业化还有一定距离,但相信在资本、业界、学界和政府的合力推进下,以上液相法生长SiC晶体中核心科学和技术问题都将逐个被突破,产业前景未来可期，乐观估计在3年内会进入产业化，对PVT赛道将产生可观的冲击。

声明：本篇文章属于原创，拒绝转载，如果需要转载，请联系我们，联系电话：0755-25988571。