電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）去年7月，電子發(fā)燒友曾報(bào)道了天岳先進(jìn)展示了一種采用新的SiC晶體制備技術(shù)——液相法制備的低缺陷8英寸晶體。在今年4月底的2023年度業(yè)績說明會(huì)上，天岳先進(jìn)當(dāng)時(shí)表示“目前公司是僅少數(shù)企業(yè)正在從事液相法作為新技術(shù)的研發(fā)，但液相法是前沿技術(shù)，尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)”。

然而讓人意想不到的是，11月6日，天岳先進(jìn)就宣布液相法制備的高質(zhì)量低阻P型碳化硅襯底成功向客戶交付的消息。這也意味著液相法制備碳化硅晶體的進(jìn)展要比預(yù)期的更快。

液相法：碳化硅降本的關(guān)鍵路線

盡管今年以來碳化硅上下游都經(jīng)歷了一輪降價(jià)，但過去很長一段時(shí)間里，碳化硅晶體的生產(chǎn)效率一直是制約碳化硅產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張的重要原因之一。目前主流的SiC單晶制備，都是通過物理氣相傳輸PVT法生長，核心的步驟包括將SiC粉料進(jìn)行高溫加熱，加熱后SiC粉料升華成氣體，氣體移動(dòng)到籽晶表面緩慢生長成晶體。

但PVT法生長碳化硅單晶，過程太漫長了，氣相生長是利用固體升華后在籽晶表面凝華從而逐漸生長出碳化硅單晶，大概每小時(shí)能生長200-400微米，按每小時(shí)生長300微米計(jì)算，要制備出30毫米厚的晶體，需要超過4天時(shí)間。

而目前的8英寸碳化硅晶體，還需要在6英寸的晶體進(jìn)行擴(kuò)徑，同樣是采用PVT法，整體制備的周期就更長了。

所以近些年電動(dòng)汽車市場增長保持高增速，市場上對于碳化硅的需求不斷提高，需求將產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向至尋找更高效率的碳化硅晶體制備技術(shù)，于是不少廠商都將目光重新投放至液相法。

實(shí)際上液相法不是一項(xiàng)新技術(shù)，早在二十世紀(jì)60年代時(shí)，液相法就被廣泛用于制備碳化硅晶體的研究中，當(dāng)然，后來由于PVT法取得了突破，后來碳化硅大規(guī)模生產(chǎn)中PVT就成為主流方式。

根據(jù)人工晶體學(xué)報(bào)的資料，液相法制備碳化硅主要存在幾個(gè)方面的技術(shù)問題，首先是需要平衡生長速率和結(jié)晶質(zhì)量，如果生長速率太大，會(huì)容易出現(xiàn)多種嚴(yán)重影響結(jié)晶質(zhì)量的缺陷，嚴(yán)重時(shí)可能引起晶體開裂。

目前液相法的工藝中會(huì)以高純石墨坩堝作為容器的同時(shí)，還作為晶體生長中C元素的來源，而隨著晶體的生長，坩堝內(nèi)壁也會(huì)不斷被腐蝕，從而可能影響晶體生長的環(huán)境。因此如何建立持續(xù)穩(wěn)定的晶體生長條件就非常關(guān)鍵。

由于生長溫度高，測試難度大，在液相法生長碳化硅單晶的過程中，對高溫溶液的凝固點(diǎn)、表面張力、黏度等熱力學(xué)參數(shù)還未明確。因此未來研究以及掌握這些參數(shù)以及控制這些參數(shù)的方式是液相法制備SiC進(jìn)一步發(fā)展的重要方向。

成功實(shí)現(xiàn)交付，更多產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)為規(guī)模量產(chǎn)做準(zhǔn)備

這次天岳先進(jìn)向客戶交付的是應(yīng)用于高壓大功率電力電子器件的P型碳化硅單晶襯底，公司表示高質(zhì)量低阻P型碳化硅襯底將極大加速高性能SiC-IGBT的發(fā)展進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)高端特高壓功率器件國產(chǎn)化。

這里值得提一下的是，碳化硅其實(shí)是可以做成IGBT器件的，但由于成本原因，以及當(dāng)前碳化硅MOSFET已經(jīng)可以覆蓋硅基IGBT的大部分電壓場景，所以一般碳化硅IGBT只在一些需要極高耐壓的場景使用，比如是10kV換流站開關(guān)等一些應(yīng)用，但目前確實(shí)未有大規(guī)模應(yīng)用。

過去針對高壓大功率應(yīng)用的P型碳化硅單晶襯底存在成本高、電阻率高、缺陷控制難度大等問題，而液相法從原理上，具有生長高品質(zhì)碳化硅晶體的優(yōu)勢。天岳先進(jìn)去年曾透露，公司通過熱場、溶液設(shè)計(jì)和工藝創(chuàng)新突破了碳化硅單晶高質(zhì)量生長界面控制和缺陷控制難題，在業(yè)界屬于首創(chuàng)。

而目前天岳先進(jìn)已經(jīng)通過液相法制備出低貫穿位錯(cuò)和零層錯(cuò)的碳化硅晶體，同時(shí)P型4度偏角碳化硅襯底，電阻率小于200mΩ·cm，面內(nèi)電阻率分布均勻，結(jié)晶性良好。

近期，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈上包括液相法碳化硅晶體生長的設(shè)備和晶體制備都有了一些新的進(jìn)展。10月連科半導(dǎo)體宣布液相法碳化硅長晶爐取得關(guān)鍵性進(jìn)展，液相法碳化硅（感應(yīng)）加熱長晶爐及液相法碳化硅電阻加熱長晶爐順利在客戶現(xiàn)場完成驗(yàn)收，長晶爐兼容六英寸到八英寸碳化硅單晶生長空間，并滿足多測溫點(diǎn)及CCD可視化長晶的工藝需求。

同在上個(gè)月，日本Oxide公司宣布成立全資子公司將液相法碳化硅晶體產(chǎn)品商業(yè)化，并計(jì)劃在2025年2月末開始將液相法制備的8英寸碳化硅產(chǎn)品送樣。

另外，常州臻晶在去年就表示公司采用液相法生長的P型襯底，良率從50%提高到75%，長晶效率提升2-5倍，并預(yù)計(jì)今年9月實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，不過目前還未有更多消息對外發(fā)布。

還有更多的設(shè)備廠商，包括晶格領(lǐng)域、晶升股份等，都已經(jīng)推出了液相法碳化硅長晶爐產(chǎn)品。

寫在最后

目前看來，液相法碳化晶體已經(jīng)距離商業(yè)化越來越近，然而也有設(shè)備廠商認(rèn)為，雖然目前已經(jīng)有能力制造長晶設(shè)備，但從產(chǎn)業(yè)的角度看，核心問題在于缺乏下游芯片廠商的應(yīng)用數(shù)據(jù)積累，因此近年內(nèi)，PVT法依然會(huì)是碳化硅的主要制備技術(shù)。