浙大杭州科創中心研制出首批碳化硅晶圓

文／尹維娜

科技創新的大潮，下一個風口會在哪里？

今年兩會，我國“十四五”規劃《綱要》明確提出，要加速推動以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導體產業。

5月上旬，浙江大學杭州國際科創中心（以下簡稱科創中心）研制出首批碳化硅晶圓，這是繼2020年11月首個碳化硅單晶錠成功制備后，取得的又一重要進展，標志著科創中心擁有了在碳化硅晶圓加工方面開展高水平研究的能力。

先進半導體研究院首個碳化硅單晶誕生

2020年11月，浙大杭州科創中心先進半導體研究院首爐碳化硅單晶成功“出爐”，這是研究院的半導體材料研究室在科創中心首席科學家楊德仁院士指導下取得的階段性成果，這標志著經過前期緊鑼密鼓的準備，科創中心在寬禁帶半導體材料研究方面已經正式進入快車道。

碳化硅單晶是一種寬禁帶半導體材料，具有禁帶寬度大、飽和漂移速度高、臨界擊穿場強大、熱導率高等諸多特點，是半導體業內公認的“未來材料”，無論是在軍用領域還是在民用市場，都是世界各國爭奪的戰略陣地。

不僅半導體材料研究室已有了喜人成果，功率芯片研究室也在積極開展新型碳化硅功率器件和氮化鎵功率器件的研發工作；同時，針對碳化硅器件封裝與應用的研究工作也正在逐步開展。目前，先進半導體研究院正著力于布局寬禁帶半導體材料和器件的基礎研究和產業化應用，力爭取得重大突破。

備受關注的4H碳化硅晶圓

我們熟知的各種電路元件結構大多都是在晶圓的基礎上制作而成的。目前，在高壓、高頻、高溫電子器件領域，4H碳化硅晶圓是當之無愧的重要角色。例如，基于4H碳化硅晶圓制作的MOSFET、MESFET器件、肖特基二極管等功率模組被視為新能源汽車電機控制器功率密度和效率提升的關鍵要素。

據了解，這批碳化硅晶圓由科創中心先進半導體研究院半導體材料研究室研制，碳化硅晶圓的晶型為4H，導電類型為半絕緣型，直徑為100mm，厚度為515μm。其總厚度變化（TTV）≤4μm、翹曲度（warp）≤10μm，表面粗糙度（Ra）為0.2nm。這些碳化硅晶圓的關鍵技術指標已經達到了領域內的先進水平。

科研人員表示，近年來，作為至關重要的寬禁帶半導體，碳化硅受到了美國、歐洲和日本等國家和地區的高度重視。由于硬度高、脆性大、化學性質穩定，傳統半導體晶圓加工方法不完全適用于碳化硅。碳化硅晶圓的加工涉及切、磨、拋等關鍵工藝，開發高表面質量的碳化硅晶圓加工技術對實現高性能半導體碳化硅器件至關重要。

在各種晶型的碳化硅中，4H碳化硅因綜合性能優良而被格外青睞。目前，半導體產業界對低阻的導電類型為n型的4H碳化硅和導電類型為半絕緣型的4H碳化硅具有迫切需求。前者主要用于功率半導體器件，其主流晶圓的尺寸已達150mm。后者主要用于射頻半導體器件，其主流晶圓的尺寸為100mm。科創中心首批100mm半絕緣型4H碳化硅晶圓的成功研制是科創中心在半導體碳化硅研發道路上又邁出的堅實一步。

搶占未來！打造寬禁帶半導體材料與器件平臺

寬禁帶半導體是半導體業內公認的“未來材料”，無論是在軍用領域還是在民用市場，都是世界各國爭奪的戰略陣地。

面向國家重大戰略，目前，科創中心先進半導體研究院正致力于打造以碳化硅為代表的具有國際先進水平的寬禁帶半導體材料和器件研究平臺，為我國寬禁帶半導體產業的發展提供有力支撐。

研究院在首席科學家楊德仁院士的帶領下力爭不斷取得寬禁帶半導體領域的新突破，以寬禁帶半導體材料、功率芯片和射頻芯片的研發與產業化為核心，以封裝測試和應用技術作為服務支撐，重點突破寬禁帶半導體材料生長、寬禁帶半導體功率芯片和射頻芯片的新型結構設計、先進工藝技術開發等關鍵技術瓶頸，解決一批半導體領域的“卡脖子”技術難題，推動半導體材料、芯片、集成封測產業化技術的快速發展，提高我國在寬禁帶半導體領域的國際競爭力和影響力。