浙大杭州科创中心研制出首批碳化硅晶圆

文／尹维娜

科技创新的大潮，下一个风口会在哪里？

今年两会，我国“十四五”规划《纲要》明确提出，要加速推动以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体产业。

5月上旬，浙江大学杭州国际科创中心（以下简称科创中心）研制出首批碳化硅晶圆，这是继2020年11月首个碳化硅单晶锭成功制备后，取得的又一重要进展，标志着科创中心拥有了在碳化硅晶圆加工方面开展高水平研究的能力。

先进半导体研究院首个碳化硅单晶诞生

2020年11月，浙大杭州科创中心先进半导体研究院首炉碳化硅单晶成功“出炉”，这是研究院的半导体材料研究室在科创中心首席科学家杨德仁院士指导下取得的阶段性成果，这标志着经过前期紧锣密鼓的准备，科创中心在宽禁带半导体材料研究方面已经正式进入快车道。

碳化硅单晶是一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、饱和漂移速度高、临界击穿场强大、热导率高等诸多特点，是半导体业内公认的“未来材料”，无论是在军用领域还是在民用市场，都是世界各国争夺的战略阵地。

不仅半导体材料研究室已有了喜人成果，功率芯片研究室也在积极开展新型碳化硅功率器件和氮化镓功率器件的研发工作；同时，针对碳化硅器件封装与应用的研究工作也正在逐步开展。目前，先进半导体研究院正着力于布局宽禁带半导体材料和器件的基础研究和产业化应用，力争取得重大突破。

备受关注的4H碳化硅晶圆

我们熟知的各种电路元件结构大多都是在晶圆的基础上制作而成的。目前，在高压、高频、高温电子器件领域，4H碳化硅晶圆是当之无愧的重要角色。例如，基于4H碳化硅晶圆制作的MOSFET、MESFET器件、肖特基二极管等功率模组被视为新能源汽车电机控制器功率密度和效率提升的关键要素。

据了解，这批碳化硅晶圆由科创中心先进半导体研究院半导体材料研究室研制，碳化硅晶圆的晶型为4H，导电类型为半绝缘型，直径为100mm，厚度为515μm。其总厚度变化（TTV）≤4μm、翘曲度（warp）≤10μm，表面粗糙度（Ra）为0.2nm。这些碳化硅晶圆的关键技术指标已经达到了领域内的先进水平。

科研人员表示，近年来，作为至关重要的宽禁带半导体，碳化硅受到了美国、欧洲和日本等国家和地区的高度重视。由于硬度高、脆性大、化学性质稳定，传统半导体晶圆加工方法不完全适用于碳化硅。碳化硅晶圆的加工涉及切、磨、抛等关键工艺，开发高表面质量的碳化硅晶圆加工技术对实现高性能半导体碳化硅器件至关重要。

在各种晶型的碳化硅中，4H碳化硅因综合性能优良而被格外青睐。目前，半导体产业界对低阻的导电类型为n型的4H碳化硅和导电类型为半绝缘型的4H碳化硅具有迫切需求。前者主要用于功率半导体器件，其主流晶圆的尺寸已达150mm。后者主要用于射频半导体器件，其主流晶圆的尺寸为100mm。科创中心首批100mm半绝缘型4H碳化硅晶圆的成功研制是科创中心在半导体碳化硅研发道路上又迈出的坚实一步。

抢占未来！打造宽禁带半导体材料与器件平台

宽禁带半导体是半导体业内公认的“未来材料”，无论是在军用领域还是在民用市场，都是世界各国争夺的战略阵地。

面向国家重大战略，目前，科创中心先进半导体研究院正致力于打造以碳化硅为代表的具有国际先进水平的宽禁带半导体材料和器件研究平台，为我国宽禁带半导体产业的发展提供有力支撑。

研究院在首席科学家杨德仁院士的带领下力争不断取得宽禁带半导体领域的新突破，以宽禁带半导体材料、功率芯片和射频芯片的研发与产业化为核心，以封装测试和应用技术作为服务支撑，重点突破宽禁带半导体材料生长、宽禁带半导体功率芯片和射频芯片的新型结构设计、先进工艺技术开发等关键技术瓶颈，解决一批半导体领域的“卡脖子”技术难题，推动半导体材料、芯片、集成封测产业化技术的快速发展，提高我国在宽禁带半导体领域的国际竞争力和影响力。