大尺寸碳化硅晶体生长技术攻关

需求的背景和应用场景

随着第三代半导体材料的快速发展，碳化硅（SiC）因其优异的物理和化学性质，在电力电子、微波通信、光电子以及航空航天等领域展现出巨大的应用潜力。特别是在新能源汽车、高效能源转换系统以及高性能计算等方面，大尺寸、高质量的碳化硅衬底成为提升器件性能和降低成本的关键。然而，当前大尺寸碳化硅晶体的生长面临诸多挑战，包括成核质量不稳定、晶体内部缺陷多、生长效率低等问题，严重制约了碳化硅基器件的广泛应用和商业化进程。因此，本技术需求旨在通过自主设计与创新，攻克大尺寸碳化硅晶体生长的技术难题，为碳化硅材料的大规模应用提供坚实的技术支撑。

要解决的关键技术问题

1. 大尺寸单晶生长炉的设计：自主设计适用于大尺寸碳化硅单晶生长的高精度生长炉，确保炉内温度、压力等参数的精确控制，为晶体生长提供稳定的环境。
2. 温场优化与数值模拟：运用先进的数值模拟方法，对生长炉内的温度分布进行精细模拟与优化，设计合理的温场结构，以减少温度梯度，提高晶体生长的均匀性和稳定性。
3. 坩埚及保温结构设计：根据碳化硅晶体的生长特性，合理设计坩埚形状和保温结构，确保热场分布均匀，减少热应力，提高晶体的边缘质量和厚度。
4. 成核与缺陷控制技术：研究并开发有效的成核控制技术和缺陷抑制策略，解决大尺寸碳化硅单晶生长过程中成核质量差、缺陷多的问题，提高晶体的整体质量。
5. 低成本高效生产工艺：在保障晶体质量的前提下，探索低成本、高效率的生产工艺路线，降低大尺寸碳化硅衬底的制造成本，提升其市场竞争力。

效果要求

• 技术创新性：通过自主研发，形成具有自主知识产权的大尺寸碳化硅晶体生长技术，打破国际技术壁垒，提升我国在先进材料领域的核心竞争力。
• 晶体质量提升：生长出的碳化硅晶体应具备边缘质量好、厚度大、内部缺陷少等特点，满足高端电子器件对衬底材料的高要求。
• 成本效益显著：通过优化生产工艺和降低制造成本，使得大尺寸碳化硅衬底的价格更具市场竞争力，推动碳化硅基器件的广泛应用。
• 产业带动作用：技术的成功研发与转化将带动上下游产业链的发展，促进先进材料、半导体制造等相关行业的技术进步与产业升级，为我国新材料产业的发展注入新的活力。