▲山東大學(xué)晶體材料實(shí)驗(yàn)室、南砂晶圓創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家徐現(xiàn)剛教授

 

徐現(xiàn)剛教授介紹，碳化硅的熱導(dǎo)率為5，這個(gè)數(shù)字僅次于金剛石（熱導(dǎo)率22），但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于砷化鎵，由此可以看到它的熱導(dǎo)率性能非常好；與硅相比，碳化硅的帶隙是前者的3倍，飽和電子速率是前者的2倍，這從物理性質(zhì)上決定了它有非常好的性質(zhì)，有很好的應(yīng)用前景。

 

“碳化硅還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是它的硬度和金剛石差不多，高達(dá)9.8（金剛石是10）。另外，它的光學(xué)方面也有很好的優(yōu)點(diǎn)，也僅次于金剛石。這些優(yōu)點(diǎn)決定了上世紀(jì)50年代在尋找半導(dǎo)體材料的時(shí)候，就找到了碳化硅，但由于材料技術(shù)和設(shè)備的限制，這種材料一直默默無(wú)聞，沒(méi)有發(fā)展起來(lái)。但它們?cè)?lsquo;高功率、高頻、高溫、高效’方面給我們提供了可能性”。徐現(xiàn)剛教授補(bǔ)充道。

 

徐現(xiàn)剛教授表示，碳化硅材料的發(fā)展有一段很悠長(zhǎng)的歷史。自1885年瑞典的科學(xué)家發(fā)明了碳化硅生長(zhǎng)裝置以來(lái)（這個(gè)裝置目前我們還在沿用），我們就在其上把沙子和木炭這樣的核心原材料加熱到1500℃左右，通過(guò)導(dǎo)電，引發(fā)自蔓延反應(yīng)，形成碳化硅。

 

碳化硅的原材料來(lái)源于沙子，也就是二氧化硅，常用的是高純石英礦。而從碳化硅發(fā)明到現(xiàn)在，大部分時(shí)間的用途是非單晶的，都是用在磨料、砂輪、陶瓷和纖維上。但在1955年Lely發(fā)明了一個(gè)后來(lái)被稱為“Lely法”的制造工藝之后，碳化硅制造又有了新的選擇。

 

不過(guò)，徐現(xiàn)剛教授也直言，傳統(tǒng)的“lely法”生長(zhǎng)的難度非常高，這也是導(dǎo)致碳化硅單晶在最近六七十年的發(fā)展落后于硅單晶的原因。但在科學(xué)家于1978年修正了Lely法后，形成了我們目前常用的第三種方法。

 

他表示：“目前主流的單晶生長(zhǎng)方法就是PVT和高溫CVD法，液相法在最近也逐步進(jìn)入了大家的視線。對(duì)于這些制造方法來(lái)說(shuō)，由于其需求的溫度非常高（熔體達(dá)到3000℃以上、5000kpa大氣壓以下），所以用傳統(tǒng)長(zhǎng)單晶的方法很難實(shí)現(xiàn)，帶來(lái)了難度的增加。另外，雖然它們都叫碳化硅，但碳化硅還有一個(gè)同數(shù)據(jù)構(gòu)體，也就是說(shuō)元素一樣、結(jié)構(gòu)不一樣（現(xiàn)在在自然界可以存在200多種類型），這樣很難控制它的唯一性生長(zhǎng)。和傳統(tǒng)的硅單晶相比，碳化硅單晶生長(zhǎng)是黑盒子系統(tǒng)，生長(zhǎng)過(guò)程我們不可看，這些都增加了碳化硅單晶生長(zhǎng)的難度。”

 

徐現(xiàn)剛教授介紹說(shuō)，碳化硅單晶的研究可以分為三個(gè)階段：第一階段是90年代光電應(yīng)用，碳化硅作為襯底，成功應(yīng)用在光電領(lǐng)域；第二階段是微波電子，我國(guó)做的已經(jīng)不比國(guó)外差；第三階段是功率電子應(yīng)用，希望上下游通力合作，在這方面趕超國(guó)外。

 

徐現(xiàn)剛指出，從襯底發(fā)展來(lái)看，海外廠商在十年前突破了6英寸襯底技術(shù)，國(guó)際行業(yè)龍頭科銳今年成功將8英寸襯底導(dǎo)入量產(chǎn)，全球首條8英寸晶圓工廠已經(jīng)通線，很快就要建第二個(gè)8英寸碳化硅器件生產(chǎn)廠。目前已穩(wěn)定導(dǎo)入產(chǎn)業(yè)。

 

經(jīng)過(guò)30多年的研發(fā)，國(guó)內(nèi)碳化硅研究已具備一定條件，可以為器件研發(fā)提供襯底材料。在國(guó)內(nèi)“十三五”期間，突破了8英寸襯底量產(chǎn)的關(guān)鍵難題，正快速導(dǎo)入量產(chǎn)進(jìn)程。

 

碳化硅襯底正不斷向大尺寸方向發(fā)展，襯底尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，單位芯片成本越低。目前業(yè)內(nèi)主要量產(chǎn)產(chǎn)品集中在4英寸及6英寸，并演化向8英寸。

 

在產(chǎn)業(yè)化方面，國(guó)內(nèi)碳化硅企業(yè)已完成4-6英寸的升級(jí)。徐現(xiàn)剛教授認(rèn)為：“目前國(guó)內(nèi)已有8英寸碳化硅，與國(guó)際差距在2~3年之內(nèi)，這個(gè)差距會(huì)越來(lái)越小。"