[00862774]碳化硅晶体生长工艺技术与设备

本项目属于新材料领域中的非金属功能材料和光电信息材料领域，为2005年度西安市科技攻关计划—重大技术创新专项资金支持项目。第三代半导体材料碳化硅(SiC)具有禁带宽、临界雪崩击穿电场强度高、电子饱和漂移速度高、热导率高以及耐高温、抗辐照和耐腐蚀等特点，是制造高性能电力电子器件、大功率固体微波器件和固体传感器等新型器件以及耐高温集成电路的优选材料，也是氮化镓白光LED和氮化镓微波功率器件的理想衬底材料。但碳化硅在常规工程条件下无液相存在，并且具有200多种在一定的条件下易相互转变的不同结晶形态（即同质异晶型，polytype），因此碳化硅单晶体制备是当今世界人工晶体生长技术的难点之一。本项目的技术原理是采用直接从碳化硅蒸气生长的升华法，又称PVT法(Physical Vapor Transport Technique)，即在一定的真空环境和准封闭的高温容器中，利用SiC原料分解升华产生气态物质，在一定的温度梯度下，气态物质从高温部分向低温部分输送，并在低温部分放置的籽晶上结晶生长，从而制备出SiC单晶体。项目组对SiC晶体生长设备的设计与制造、生长技术和生长工艺以及热场计算机模拟等方面进行了较为系统的研究，研制成功了具有自主知识产权、可生长2英寸SiC晶体的TDL-16型碳化硅晶体生长设备一台，开发了PVT法的碳化硅晶体生长工艺，成功生长了直径50～58mm、厚度15mm左右的6H－SiC单晶锭，协作单位试用晶片结果表明所制备的6H－SiC单晶体的品质已达到器件制造的要求。该项目相关技术获得国家发明专利一项，并获2008年度“西安市科技进步一等奖”。本项目研制成功的碳化硅晶体生长设备和工艺技术打破了发达国家对这种高新技术和高科技材料的垄断，从根本上改变了受制于人的被动局面，为我国微电子技术和光电子技术以及电力电子技术的进一步发展奠定坚实的物质和技术基础。同时，其产业化的进一步实现，还会促进传统产业的优化改造和新产业的形成，培育新的经济增长点，进而带动相关高科技产业的形成与发展。