武汉工程大学化学气相沉积法制备碳化硅单晶工艺项目科技成果转化

近日，新能源新材料产学融合创新论坛暨成果转化签约仪式在武汉工程大学举行。武汉工程大学签署3项战略合作协议，与6家企业签约科技成果转化，项目涉及新能源、新材料创新领域，转化金额达4000余万元。其中就包含赵培教授团队研发的化学气相沉积法制备碳化硅单晶的工艺及配套设备项目。

据悉，赵培教授团队研发的化学气相沉积法制备碳化硅单晶的工艺及配套设备项目以2300万元成功转化至武汉新硅科技潜江有限公司。

赵培介绍，这个项目采用化学气相沉积技术，能在“多维度、大尺寸”工件上制备多种功能薄膜，赋予工件更多功能及更为优越的性能，扩大工件应用范围，可以广泛用于机械、微电子、光学等领域。

众所周知，目前SiC单晶的生长方法主要包括以下三种：物理气相传输法、高温化学气相沉积法、液相法。

高温化学气相沉积法（HTCVD）生长SiC晶体和PVT法较为相似，反应容器为石墨坩埚，先驱体在坩埚底下气体通道中进入石墨坩埚加热区，在坩埚顶部装有籽晶，气体在温度较低的籽晶处沉积生长碳化硅晶体，反应装置示意图如下图所示，其就像一个垂直方向的化学气相沉积反应器。

HTCVD法生长SiC装置示意图

高温化学气相沉积法反应的先驱气体一般为硅烷（SiH4）和碳氢化合物，比如C2H4和C3H8等。HTCVD的反应温度一般为2100~2300℃，在加热区气体会反应生成Si以及SiC，这些反应生成的气体就是SiC晶锭生长的原料。气体反应区的温度要比籽晶处高，温度梯度保证了质量传输，较低的温度使得气相在籽晶凝固。典型SiC晶体的生长压力和生长速率分别为25~80kPa和0.3~1.5mm·h-1。HTCVD相对于PVT法的主要优势在于制备出的SiC纯度高，并且Si/C原子的比例能够控制，以及生长原料供应的连续性好。

对比来看，物理气相传输法作为发展最早的SiC晶体生长方法，是目前生长SiC晶体最为主流的生长方法。该方法相较其它方法对生长设备要求低，生长过程简单，可控性强，发展研究较为透彻，已经实现了产业化应用。HTCVD法的优势是可以生长导电型（n、p）和高纯半绝缘晶片，可以控制掺杂浓度，使晶片中载流子浓度在3×1013～5×1019/cm3之间可调，其劣势是技术门槛高，市场占有率低。随着液相法生长SiC晶体技术的不断成熟，未来其对整个SiC行业的推进将表现出巨大潜力，很可能是SiC晶体生长的新突破点。

参考来源：

材能汇聚 协同创新”新能源新材料产学融合创新论坛暨成果转化签约仪式隆重举行-武汉工程大学

碳化硅单晶生长方法研究综述-半导体信息、芯TIP