稀土助溶剂，如何促进SiC晶体高质量生长？

中国粉体网讯碳化硅晶体是一种具有独特物理和化学特性的宽禁带化合物半导体材料，其C–Si化学键及双层C–Si的排列结构，使得SiC具有高硬度、高热导率和高饱和漂移速率等特性，同时赋予其宽带隙和高击穿场强。近年来，SiC半导体凭借优异的材料特性，在高频、大功率、小体积器件应用领域受到广泛关注、�/p>

SiC晶体拥有两百余种晶型，其�?H-SiC�?H-SiC�?C-SiC最为常见。�?SiC（六方晶型，�?H-SiC�?H-SiC为代表）生长工艺成熟、产业化应用广泛�?H-SiC包含六方与立方两种晶格位点，双原子层按ABCB–ABCB方式有序排列，使其具备更高硬度与热稳定性�?C-SiC是唯一的�?SiC（立方晶型），晶体结构与硅相近，兼具超高热导率、高沟道迁移率，且SiO₂/3C-SiC界面缺陷态密度更低，应用潜力突出、�/p>

面向新能源汽车、太阳能光伏、风力发电等领域的规模化应用需求，高质量、大尺寸、低成本的SiC单晶生长技术，已成为行业重点研发方向。目前，常用的SiC晶体生长方法有物理气相传输法（PVT）、高温化学气相沉积法（HTCVD）和高温溶液生长法（HTSG）。其中，PVT法长晶工艺相对成熟，已达到大规模量产SiC单晶的要求；然而，随着各行业对SiC单晶质量和能效的要求越来越高，PVT法的劣势日渐凸显。首先，PVT法对SiC晶体的长晶温度要求过高，带来了大量的能源和成本消耗；其次，PVT法生长的SiC单晶存在位错和微管等缺陷，严重影响SiC单晶质量。HTCVD法制备出的SiC纯度高，Si/C原子比例能够被有效控制；并且生长原料可以获得持续供应，而特殊的弯曲形状石墨件，能有效优化原料传输和化学反应过程。尽管如此，HTCVD法在长晶中对高温和特殊气体的需求提高了SiC晶体的生产成本、�/p>

综合比较来看，HTSG法的优势在于不仅能够在温度相对较低、近热力学平衡的状态下生长出SiC单晶，而且在长晶过程中晶体中的位错缺陷可以得到有效转化；HTSG法保证了晶体生长的质量、且降低了生产成本、�/p>

在HTSG法生长SiC单晶中，助溶剂的合理选择是提高SiC晶体生长效率与生长质量的关键因素。关于助溶剂元素的选择应该遵循：溶C能力强。较高的溶C能力能为实验提供更加稳定的长晶环境，且相对较低的生长温度能有效降低实验成本及能耗；传质能力强。助溶元素（过渡金属元素或稀土元�?加入后，能使溶液黏度降低并表现出优良的流动性能，从而加快C溶质在溶液中的输送；对SiC润湿性良好。籽晶面与溶液接触时能保证其被充分润湿；在自然界中普遍存在，且易获得；在高温下不会形成除SiC以外其他稳定存在的高温相、�/p>

其中助溶剂元素的溶C能力尤为重要，溶C能力的提升可以进一步促进晶体的快速且高质量生长。HTSG法生长SiC单晶的C源来自承载溶液的石墨坩埚。由于C在Si溶液中的溶解度极低，�?073K的包晶状态下仅为13%，且Si�?273K以上就会直接气化，因此应选择在Si溶液中添加其它过渡元素或稀土元素来提升C的溶解能力，实现晶体快速、高质量生长、�/p>

2026�?�?8日，中国粉体罐�/strong>将在安徽合肥举办“第三代半导体SiC晶体生长及晶圆加工技术研讨会“�/strong>。届时，四川大学研究呗�strong>雷云将带来题丹�span style="color: rgb(192, 0, 0);">《稀土助溶剂法快速生�?C-SiC�?H-SiC晶体及晶型与质量调控《�/strong>的报告，聚焦稀土助溶剂在SiC晶体高效生长、晶型精准调控与质量提升方面的核心技术与最新进展、�/p>

参考来源：

徐锦涛等.3C-SiC晶体制备研究进展

丁祥�?高温溶液法生�?H–SiC单晶的助溶剂研究进展

（中国粉体网编辑整理/初末（�/p>

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