宽禁带科技论 | 研究不同工艺参数对 200mm SiC 单晶生长位错密度的影响

宽禁带科技论

"宽禁带科技论"将介绍宽禁带半导体行业内的最新科技论文，为读者提供行业内前沿科技信息。

碳化硅(SiC)单晶由于具有高击穿场强、高导热性和高载流子饱和迁移率等优异的性能，是一种理想的宽禁带半导体材料，其中 4H-SiC 因其优异的电学性能而受到广泛的关注，应用于高频、高温、大功率电子及光电器件中。生长大尺寸的晶体能够大幅度降低衬底成本，然而当晶体直径从150mm增加到200mm时，制备难度进一步增加。其问题主要表现在热场精准控制难度加大、热应力引发晶锭开裂风险增加、塑性形变增大导致位错增殖加剧。尺寸的增加给高质量碳化硅单晶的制备带来了极大的挑战。

针对上述问题，浙江大学杭州国际科创中心杨德仁院士团队皮孝东教授、韩学峰研究员基于自主设计的多段电阻加热方法，结合COMSOL Multiphysics 多物理场仿真软件从数值模拟的角度研究了不同工艺参数和热场设计对生长200 mm碳化硅单晶热应力和位错密度的影响。该研究阐释了多物理量的复杂耦合关系，通过对比工艺参数与热场设计,为降低大尺寸碳化硅单晶中的生长热应力和位错密度提供理论指导。

图 (a) 团队自主设计的多段电阻加热法物理模型；(b) 数值模拟仿真的操作流程图；(c) 结合移动网格技术获得的不同生长时间的晶体形状与位错密度；(d) 加热器功率分布对晶体最大位错密度的影响。

相关研究成果以“Study of effects of varying parameters on the dislocation density in 200 mm SiC bulk growth”为题发表在（Journal of Crystal Growth）上 。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、以及浙江省“尖兵”重点研发等计划的支持。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022024823004529?via%3Dihub

卢圣瓯

本文第一作者，浙江工业大学机械工程学院硕士研究生，浙江大学杭州国际科创中心联合培养研究生，主要研究方向为碳化硅晶体生长数值模拟与仿真。

韩学峰

本文通讯作者，浙江大学杭州国际科创中心“科创百人计划”研究员。浙江省海外高层次人才计划入选者。目前从事半导体碳化硅晶体生长与仿真研究。

皮孝东

本文通讯作者，浙江大学教授。主要从事大尺寸的碳化硅晶体和纳米尺度上的硅晶体的杂质与缺陷及其器件应用研究。已经发表学术论文100余篇，拥有授权的发明专利20余项。

杨德仁

本文共同作者，浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室主任和浙江大学杭州国际科创中心首席科学家。主要从事硅等半导体材料研究。