中国粉体网讯 首先，要搞清楚一个问题。
为什么SiC要先制作衬底，再在衬底上外延SiC制成外延片？而不是直接切下来？
简单来讲，碳化硅晶体在生长过程中会不可避免地产生缺陷、引入杂质，导致衬底材料的质量和性能都不够好，而外延层的生长可以消除衬底中的某些缺陷，使晶格排列整齐。
具体分析，从生长方式来看，SiC键能太大，导致不能通过熔融的办法直接结晶出碳化硅晶锭。这种高键能物质想要长晶都只能气化之后从蒸汽里一点点结晶，并且为了生长出一块晶体，碳化硅需要衬底来“引导”，引导下面沉积上来的原子在什么方向沉积。晶体生长通常采用升华或物理气相传输（PVT）技术，这一过程需要精确控制温度、压力和时间，以确保晶锭的一致性和高质量。
从生产效率来看，碳化硅长晶很慢，根据天岳先进数据，2021年其长晶炉的单台年产能也才115片。因此在大规模生产中，可通过在衬底上外延SiC可以实现批量生产，提高生产效率并减少制造成本。
SiC外延片，来源：瀚天天成
从加工过程来看，都知道碳化硅很硬，传统的金刚石线切碳化硅，切速更慢，切口更不平整，且特别容易在碳化硅表面留下裂纹。此外，碳化硅还脆，在加工过程中不是切不动就是切碎了，这个也是导致碳化硅晶圆价格昂贵的原因之一。
从晶体质量来看，在碳化硅衬底上生长碳化硅外延片，可以控制晶体质量和晶格匹配性，衬底与外延片之间的晶格匹配性可以对SiC材料的应变状态进行调节。这可以改变SiC外延片的电子结构和光学性质，对器件性能和功能性具有重要影响。同时，衬底上的晶体结构可以影响外延片的晶体质量和缺陷密度，从而提高SiC材料的性能和稳定性，这可谓是一举两得。
从制作需要来看，在衬底上生长外延SiC，可以在不同衬底类型（如4H-SiC、6H-SiC等）上实现不同晶向的SiC生长，从而获得特定晶面方向的SiC晶体，以满足不同应用领域对材料特性的需求。
SiC外延生长方法有哪些？
化学气相沉积（CVD）
CVD方法通过气态化合物在高温下分解并在衬底上沉积形成外延层。其优势在于可以精确控制掺杂浓度和生长速率，但面临高温工艺和设备复杂度的问题。
分子束外延（MBE）
MBE是一种在超高真空环境下，通过原子束直接沉积在衬底上的外延生长方法。其具有生长温度低、表面光滑、掺杂精确等优点，但生长速率较低，适用于高精度外延生长。
液相外延（LPE）
LPE方法通过溶液中的SiC在衬底上结晶形成外延层。其优点在于设备简单、成本较低，但难以控制外延层的均匀性和厚度。
影响SiC外延生长的影响因素有哪些？
对于大尺寸SiC外延材料，SiC外延层掺杂浓度的均匀性（δ/mean）是研究界和产业界目前关注的另一重点。
在水平式外延生长中，气体高速流入生长腔室，中心流速高，两侧接近生长腔室边界的地方流速降低；同时在气体流动的方向上，随着反应气体的消耗，反应气体的浓度降低，这些现象会引起SiC外延层厚度和浓度的不均匀，进而影响器件的性能。
其次，SiC外延层的缺陷控制也是一大难点。
SiC外延材料的点缺陷主要有硅空位、碳空位、硅碳双空位等缺陷，它们在禁带中产生深能级中心，影响材料的载流子寿命。在轻掺杂的SiC外延层中，点缺陷产生的深能级中心浓度通常在5E12~2E13cm-3，与外延生长条件特别是C/Si 比和生长温度相关。
小结
SiC外延在产业链中起着承上启下的重要作用，一方面通过不断积累对SiC材料的性能认知和改良，一方面通过器件的不断迭代验证，最终提升外延品质，推动SiC器件的应用。
来源：
郭钰等：碳化硅同质外延质量影响因素的分析与综述
晶格半导体：为什么碳化硅要用外延
天科合达、天岳先进报告、粉体网
（中国粉体网编辑整理/空青）
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