碳化硅衬底类型
碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共 260多种结构，目前只有六方相中的 4H-SiC、6H-SiC才有商业价值。另碳化硅根据电学性能的不同主要可分为高电阻（电阻率 ≥105Ω·cm）的半绝缘型碳化硅衬底和低电阻（电阻率区间为 15~30mΩ·cm）的导电型碳化硅衬底，满足不同功能芯片需求，其中：
- 半绝缘型碳化硅衬底主要应用于制造氮化镓射频器件。通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片，可进一步制成氮化镓射频器件；
- 导电型碳化硅衬底主要应用于制造功率器件。与传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上，需在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造各类功率器件。
大尺寸碳化硅衬底有助于实现降本增效，已成主流发展趋势。衬底尺寸越大，单位衬底可生产更多的芯片，因而单位芯片成本越低，同时边缘浪费的减少将进一步降低芯片生产成本。目前业内企业量产的碳化硅衬底主要以4英寸和6英寸为主，在半绝缘型碳化硅市场，目前衬底规格以4英寸为主；而在导电型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为6英寸。国际巨头CREE、II-VI以及国内的烁科晶体都已成功研发8英寸衬底产品。
碳化硅单晶制备技术
碳化硅衬底制备技术包括 PVT 法（物理气相传输法）、溶液法和HTCVD法（高温气相化学沉积法）等，目前国际上基本采用PVT法制备碳化硅单晶。
SiC单晶生长经历3个阶段，分别是Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC高温升华分解特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为 2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。但Lely法为自发成核生长方法，较难控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法，即PVT 法（物理气相传输法），其优点在于：采用SiC籽晶控制所生长晶体的晶型，克服了Lely法自发成核生长的缺点，可得到单一晶型的SiC单晶，且可生长较大尺寸的SiC单晶。
图1：SiC PVT法单晶生长原理图
来源：CNKI、DT新材料
为何半绝缘型与导电型碳化硅衬底技术壁垒都比较高？
PVT方法中SiC粉料纯度对晶片质量具有较大影响。粉料中一般含有极微量的氮（N），硼（B）、铝（Al）、铁（F e）等杂质，其中氮是n型掺杂剂，在碳化硅中产生游离的电子，硼、铝是p型掺杂剂，产生游离的空穴。为了制备n型导电碳化硅晶片，在生长时需要通入氮气，让它产生的一部分电子中和掉硼、铝产生的空穴（即补偿），另外的游离电子使碳化硅表现为n型导电。为了制备高阻不导电的碳化硅（半绝缘型），在生长时需要加入钒（V）杂质，钒既可以产生电子，也可以产生空穴，让它产生的电子中和掉硼、铝产生的空穴（即补偿），它产生的空穴中和掉氮产生的电子，所以所生长的碳化硅几乎没有游离的电子、空穴，形成高阻不导电的晶片（半绝缘型）。掺钒工艺复杂，所以半绝缘碳化硅很难制备，成本很高。近年来也出现了通过点缺陷来实现高阻半绝缘碳化硅的方法。p型导电碳化硅也不容易制备，特别是低阻的p型碳化硅更不容易制备。
来源：宽禁带联盟
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