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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

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1. 什么是物理气相传输法

物理气相传输法（Physical Vapor Transport，PVT），即在高温区将材料升华，然后输送到冷凝区使其成为饱和蒸气，经过冷凝成核而长成晶体。

2. PVT法生长SiC晶体原理

使用PVT法生长SiC晶体时，使原料处于高温区，籽晶处于相对低温区，进而处于温度较高处的原料发生分解，不经液相态直接产生气相SiXCy物质（主要包含Si、Si2C、SiC2等），这些气相物质在轴向温度梯度的驱动下输运到籽晶处，在籽晶处形核、长大，最终结晶形成SiC单晶。SiC原料表面到籽晶之间的温度梯度是SiC晶体生长的驱动力，通常设计的温度梯度在5-20K/cm之间，温度梯度越高，到达籽晶表面气相物质的过饱和度就越高，SiC晶体的生长速度越快。但速度过快（如沿晶体生长方向速度达0.5mm/h以上），则晶体极容易产生异质晶型，导致晶体生长过程失败。

3. PVT法生长SiC晶体的问题与挑战

高质量SiC晶体/晶片是SiC半导体产业的核心基础，SiC半导体产业环节包含“SiC单晶衬底—外延片—芯片和封装—应用”。各产业环节均对SiC单晶片的杂质含量有较高要求，如SiC单晶片金属杂质含量高于1PPM，则不仅会对外延设备造成金属污染影响外延薄膜质量和重复，同时也会对器件造成漏电流过大等不良影响。因此，PVT法生长SiC晶体面临的关键问题和挑战就是SiC晶体内杂质浓度的控制问题。

应用PVT法生长SiC单晶，通常的生长温度在2000℃以上，为避免引入杂质，理想的晶体生长坩埚材料和保温材料只能是石墨，但市场上销售的石墨材料含有一定量的杂质。采用何种方式对石墨材料进行再提纯处理，是PVT法生长SiC晶体时杂质控制的关键之一。此外，PVT法生长SiC晶体需要使用SiC原料。目前，市场上销售的SiC原料杂质含量近百PPM，如此高的杂质含量难以用于生长高纯度SiC晶体。因此，一些单位使用硅粉和碳粉，来自主合成高纯SiC原料，但合成的原料中仍然含有微量关键杂质，对生长的SiC晶体纯度造成影响。因此，PVT法生长SiC晶体过程中也面临高纯SiC原料获取的挑战。

4. PVT法生长SiC晶体的优势

SiC晶体生长方法主要有：

液相外延（LPE）法、高温化学气相沉积（HTCVD）法和物理气相传输（PVT）法。

1）LPE 法

晶体径向生长速度相对可控，可以实现无微管缺陷晶体生长，但使用的助溶剂对生长的SiC晶体造成严重污染，且晶体生长成本较高。

2）HTCVD法

生长晶体纯度较高、可实现近匀速晶体生长，但气相物质可同坩埚反应造成气相成分波动，影响生长晶体的质量，且晶体生长成本较高。

3) PVT法

晶体生长成本低，PVT法生长SiC晶体所用关键石墨部件可重复使用20次以上，极大降低了SiC晶体生长成本，这是PVT法生长的SiC晶体能够成功进入市场的基础。

温度场调节灵活，轴向温度梯度（原料表面同籽晶之间垂直梯度）是PVT法生长SiC晶体的驱动力，其大小可以直接调控晶体生长的过饱和度、影响晶体生长速度。此外，晶体生长过程中轴向温度梯度变化较大，也会造成晶体内应力过大。径向温度梯度（沿籽晶面半径方向梯度）的大小，直接影响晶体生长界面的凸凹程度，通常生长的SiC晶体具有微凸的界面为宜，这样不仅获得有效晶锭高度较大，而且晶体内部应力也会较小。PVT法生长SiC晶体可以根据要求，通过改变保温设计，获取理想的温度场，大为提高高质量晶体生长的工艺窗口和成品率。

PVT法是目前生长SiC晶体最为成熟的方法，生长出的SiC产品种类较多，在尺寸上分类有2、3、4、6英寸等规格；在晶型上分类有4H-SiC和6H-SiC规格；在导电能分类有导电型、半绝缘型等规格。市场上销售的2-6英寸SiC单晶产品基本均是采用PVT法生产的。

5. PVT法已成为生长SiC晶体的主流

PVT法是产业上公认生长SiC晶体最为成熟的方法，已成为当之无愧的主流方法。应用PVT法生长的高质量SiC晶体，已广泛应用于光电领域、电力电子领域、微波射频领域，产品质量受到广泛好评。

本文到此结束，希望对大家有所帮助呢。