SiC晶體材料的主流生長技術有物理氣相輸運法、高溫溶液法和高溫化學氣相沉積法。 ?

SiC材料這幾年關注的人越來越多，逐漸從幕后走到了臺前，技術的進步少不了那些研發SiC材料的科技工作者夜以繼日。 ? ? 在8年前，人們都還不太關注SiC材料時，一家公司已經看到了這種材料的優勢，并開始贊助賽車隊，并將車隊車輛上的IGBT+Si的FRD方案升級為IGBT+SiC的SBD方案，因此賽車的整車重量下降了2公斤，尺寸減小19%，對于高性能賽車來說，對速度追求到了極致，車輛的每個零件毫不夸張的說都要精確到克。在賽車性能和質量都得到優化的情況下，這次技術上的升級對賽車是質的提升。 ? 就在SiC成功應用的第二年，也就是2017年，賽車電控模塊再次進行了升級，采用SiC的MOS+SiC，在這次技術升級后，賽車的整車重量在前期的基礎上又減少了6公斤，尺寸進一步減小43%，可以說這次的技術的升級，和傳統功率器件甩開了差距。

這次升級，不僅對整車重量進行大幅度提升，車輛性能也同樣如此，車輛高壓控制也由原來的200KV提升到了220KV。SiC功率器件的成功應用，直接讓整個行業開始關注SiC材料，SiC器件也逐漸從專業賽車上進入到乘用車輛中。 ? 目前來看，在SiC晶體材料的生長上主流技術是以下三種：物理氣相輸運法、高溫溶液法和高溫化學氣相沉積法。

在講解技術之前，先舉個例子來通俗的理解這三種技術，比如我們在菜市場買回一條魚，將魚做熟的方法大概是三種——蒸、煮、燉！生長SiC晶體的辦法和這差不多，接下來我們來看看！

物理氣相輸運法

第一種辦法叫物理氣相輸運法，簡稱PVT法，這種方法和做魚時的清蒸有點像，只是蒸SiC時，我們會把SiC粉末像水蒸氣一樣蒸揮發掉，SiC蒸汽在低溫處冷卻結晶。我們蒸魚時不會把魚蒸飛，不然就吃不上魚了。 ?

如果對這種方法進行詳細一點的介紹，PVT生長SiC是將SiC粉末放置在爐子的底端，給粉末加熱，當溫度達到2000-2500℃，等粉末高溫分解成氣態，反應方程式包含以下這些反應：

SiC(s)= Si(g)+C(s)

2SiC(s) =Si(g) + SiC2(g)

2SiC(s) =C(s)+ Si2C(g)

在SiC結晶時的反應包括以下幾步：

Si2C(g) +SiC2(g)=3SiC(s)

Si(g) + SiC2(g)=2SiC(s)

因為蒸鍋的下端溫度高，上端溫度低，蒸汽在上端冷卻凝結，沿著籽晶的方向生長，最后形成SiC晶體。 ?

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? PVT設備因為結構操作容易，是目前主流的生長SiC晶體的方法，同時這種方法也有不足之處：

在SiC晶體的擴徑生長上比較困難，比如我們有了4英寸的晶體，想把晶體直徑擴展到6英寸或者8英寸上，需要花費的周期特別長；

在晶體摻雜上優勢不明顯。

高溫溶液法

第二種方法叫高溫溶液法，這種方法是借助助溶劑對C元素的溶解來實現。 ? ?

大家都知道溶劑在不同溫度下對溶質的溶解能力不同。例如，我們倒一杯100℃的開水，放一些冰糖進去，當水溫逐漸冷卻下來時，可以看到杯底會析出冰糖，因為高溫水和低溫水對冰糖的溶解能力不同。

在對SiC晶體進行生長時，溶劑采用的是金屬材質Cr，雖然常溫下金屬是固體，但在高溫下金屬也會融化成液態，也就成了一種溶液。

在石墨坩堝中裝入SiC和Cr，Cr在這里如同一輛擺渡用的小船，把C元素從爐子的下面輸運到爐子的上面去，在上端冷卻結晶形成晶體。

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? 高溫溶液法生長SiC的優勢是：

位錯密度低，SiC襯底晶片中的位錯問題一直是制約SiC器件性能的關鍵；

易于實現擴徑；

可以獲得p型晶體。

同時，這種方法也有一些不足之處，包括助熔液在高溫下的升華、生長晶體中雜質濃度控制、 助熔液包裹、浮晶形成等。 ? ? ?

高溫化學氣相沉積法

第三種方法叫高溫化學氣相沉積法(High Temperature ChemicalVapor Deposition，HTCVD)，這種方法和前面兩種方法有個比較大的區別是SiC的原材料發生了變化，前面生長SiC晶體時，原材料都選用的SiC粉末。而HTCVD所選用的SiC原材料是含有C元素和Si元素的有機氣體。 ?

HTCVD在生長SiC晶體時，采用管道向爐子內通入氣體，氣體在爐內反應生成SiC晶體。

? 目前HTCVD生長SiC晶體還處于研發階段，由于這種工藝設備復雜，成本高目前不是生長SiC晶體的主流技術。 ?

參考文獻：

(1)4H-SiC_JBS器件制備關鍵工藝研究[D]?卓文澤;

(2)槽型SiC_MOSFET關鍵工藝及器件研究[D]?張躍;

(3)大尺寸碳化硅單晶生長設備及溫控方法研究[D]?李鵬程;

(4)碳化硅晶體本征缺陷及其性能調控研究[D]?許庭翔;

(5)液相法碳化硅晶體生長及其物性研究[D]?張澤盛. ?

審核編輯：黃飛

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