目前，硅单晶的制备主要采用以下几种方法：物理气相传输法（PVT）、顶部籽晶溶液生长法（TSSG）以及高温化学气相沉积法（HT-CVD）。在这些方法中，PVT法因其设备结构简单、操作控制便捷、设备购置和运行成本较低等优势，已成为工业化生产中的首选工艺。

 

PVT法制备碳化硅晶体的关键技术要点

运用物理气相传输法（PVT）进行碳化硅晶体生长时，需要重点关注以下技术环节：

 

PVT法生长结构示意图

（1）晶体生长温场中石墨材料的纯度必须达标。具体要求为：石墨部件杂质含量需控制在5×10-6以下，保温材料杂质含量要低于10×10-6，特别是B和Al元素的含量不得超过0.1×10-6。

（2）正确选择籽晶极性。实验表明，C（0001）晶面适合生长4H-SiC晶体，而Si（0001）晶面则适用于6H-SiC晶体的生长。

（3）采用偏轴籽晶生长技术。这种技术能够有效改善晶体生长的对称性，显著降低晶体缺陷密度。

（4）优化籽晶粘接工艺。

（5）在整个生长周期中确保晶体生长界面的稳定性。

 

知明 8寸碳化硅衬底 4H-N型

 

碳化硅晶体生长的核心技术

 

6英寸SiC晶片扫描图

• 优化温场分布和工艺参数，使晶体在近平衡条件下生长；
• 改进坩埚结构设计，减少晶体生长约束；
• 改良籽晶固定方式，通常可在籽晶与石墨托之间预留2mm间隙，以缓解热膨胀差异导致的应力；
• 优化退火工艺，通过调整退火温度和时间，充分释放晶体内部应力。

知明  6寸碳化硅衬底 4H-N型

碳化硅晶体生长技术的发展趋势

 

未来，高品质SiC单晶制备技术将呈现以下发展方向：
 

大尺寸化发展
SiC单晶尺寸已从最初的毫米级发展到目前的6英寸、8英寸，正向12英寸迈进。大尺寸晶体的制备不仅能提升生产效率、降低成本，还能满足大功率器件的需求。

 

高质量化要求
高性能器件的实现离不开高质量的SiC单晶。尽管当前晶体质量已有显著提升，但仍存在微管、位错等缺陷，这些都会影响器件的性能和可靠性。
 

成本控制
高昂的制备成本限制了SiC在某些领域的应用。通过优化工艺、提升效率、降低原料成本等途径，有望实现制备成本的下降。
 

智能化发展
随着人工智能和大数据技术的进步，SiC晶体生长技术正逐步向智能化方向发展。通过传感器和自动控制系统实现生长过程的实时监控，结合大数据分析优化工艺参数，将显著提升生产稳定性和产品一致性。
 

作为当前半导体材料研究的热点，高品质碳化硅单晶制备技术将持续创新发展。随着技术进步，SiC晶体生长工艺将不断完善，为其在高温、高频、高功率等领域的应用奠定更加坚实的基础。

 

知明 12寸碳化硅衬底 4H-N型

结语

作为碳化硅材料领域的专业供应商，上海知明致力于为客户提供高品质的碳化硅衬底及其他碳化硅相关产品。依托先进的制备技术和严格的质量控制体系，我们可提供多种规格的碳化硅单晶衬底，并支持定制化加工服务，以满足不同应用场景的需求。无论是研发还是量产，我们都能提供稳定的产品供应和专业的技术支持，助力客户在半导体、电力电子、射频器件等领域实现创新突破。欢迎与我们联系，共同探索碳化硅材料的更多可能性。