无微管缺陷!6英寸SiC又增一员大将

原创 第三代半导体风向 2021-06-24 17:25

最近,国产SiC衬底又有新进展——同光晶体成功制备了无微管缺陷的6英寸SiC单晶,“更适合制作高压、特高压功率器件”。

据介绍,同光晶体采用了改进型PVT生长设计方案,其6英寸SiC晶片无任何的应力斑出现,晶格基平面弯曲较小,其(004)衍射指数的平均半峰宽低至19弧秒,电阻率分布均匀
成果登在《硅酸盐学报》2021年4月刊,投稿时间为2020年7月。
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创新生长工艺

解决微管缺陷难题

业界经过近30年的努力,已经可以成熟制备无微管缺陷的2-4英寸4H-SiC单晶材料,6英寸4H-SiC单晶还存在一定的难度。
同光晶体认为,制备无微管缺陷的6英寸SiC单晶,应当避免多型的产生,而他们的方法是对物理气相传输(PVT)法进行改良。
据介绍,在常规生长装配条件下,生长组分流的方向部分与生长台阶流方向同向,部分与台阶流方向相向。而同光晶体的改进方案采用了引流装配或非对称温场设计,在生长过程中,生长组分流的方向几乎都与台阶流的方向相向。
图1:两种PVT法示意图
这种改进工艺有着独特的优点——单晶生长表面的组分原子能够很快达到生长台阶的扭折位,保证了原子台阶的有序推进,从而完整地复制了单晶的晶型结构。
另外,台阶的有序推进不会产生台阶的聚并现象,就不会产生宽大的台阶,从而避免了由于宽台阶产生的二维多型成核现象。因此,改进工艺极大地提高了6英寸n型SiC单晶晶型的稳定性。

性能优异

满足功率器件需求

根据论文,该衬底晶片的Raman光谱检测扫描结果显示,整个6英寸晶片全为单一的4H-SiC晶型。
图2:6英寸SiC Raman光谱扫描图
通过偏光应力仪发现,改进生长工艺条件后, 晶片中无任何应力亮斑,说明生长的SiC 单晶的结晶质量较好。
图3:两种工艺晶片偏光应力分布对比
高分辨XRD摇摆曲线模式测试结果显示,整个晶片的取向差在0.04°以内,并且在X轴方向的曲率半径≥132 m,这表明其晶格基平面弯曲较小、堆垛层错较少。
另外,其测试摇摆曲线的半峰宽多数都在30弧秒以下,平均半峰宽为19弧秒,这表明其结晶质量非常高,内部不存在大量的微观缺陷。
图4:6英寸SiC单晶的(004)晶面高分辨XRD摇摆曲线扫描图。
同时,涡流方法测试结果显示,其电阻率值在16.8-22.2 mΩ·cm之间。电阻率分布均匀,统计的离散系数为3.5%。平均电阻率值为20.5 mΩ·cm,已能很好地满足功率器件的制作要求。
图5:6英寸n型SiC单晶晶片的电阻率分布图
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