【產(chǎn)通社，1月13日訊】中國(guó)科學(xué)院微電子研究所（Microelectronice of Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，劉新宇研究員團(tuán)隊(duì)與香港大學(xué)、青禾晶元集團(tuán)、武漢大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所等團(tuán)隊(duì)合作，成功研發(fā)出大尺寸4H/3C-SiC單晶復(fù)合襯底，突破低壓（<600V）4H-SiC器件比導(dǎo)通電阻極限性能。

SiC 作為下一代功率電子核心材料，憑借高擊穿場(chǎng)、高導(dǎo)熱性等優(yōu)勢(shì)，已在650V-3300V中高壓領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，但在低電壓場(chǎng)景中卻長(zhǎng)期處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)。傳統(tǒng)高質(zhì)量4H-SiC 襯底電阻率高達(dá) 15-20 mΩ?cm，其襯底電阻占低電壓器件比導(dǎo)通電阻的 50% 以上，嚴(yán)重限制了器件電流能力與能效提升。盡管行業(yè)嘗試通過(guò)減薄襯底緩解這一問(wèn)題，但卻帶來(lái)機(jī)械脆性增加、制造成本上升等新挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，立方相 3C-SiC 具備超高摻雜能力（摻雜濃度可達(dá) 102? cm?3），電阻率可低至 0.5 mΩ?cm以下，為低導(dǎo)通電阻器件提供了新思路。

基于此，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出 “高質(zhì)量4H-SiC薄膜+低阻3C-SiC 襯底”的異質(zhì)集成方案，既保留 4H-SiC 的高結(jié)晶質(zhì)量與高擊穿場(chǎng)強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，又充分發(fā)揮 3C-SiC 的低電阻特性，成功打破了這一長(zhǎng)期制約器件發(fā)展的“兩難困境”，異質(zhì)集成材料襯底電阻率降至 0.39 mΩ?cm，較傳統(tǒng) 4H-SiC 襯底降低 45 倍，為低壓SiC 功率器件的性能躍升提供了新質(zhì)解決方案。

團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)氫離子注入在 4H-SiC 晶圓中形成預(yù)剝離層，隨后采用高氬槍電壓、低電流的離子束表面活化工藝實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鍵合，有效解決了當(dāng)前3C-SiC 晶圓翹曲導(dǎo)致的鍵合難題，鍵合率達(dá)87%，4H/3C-SiC界面熱邊界電阻低至 1±0.7/-0.6 m2?K/GW，為國(guó)際同類 SiC 鍵合系統(tǒng)中的最低值，有效保障了器件的散熱性能；界面電勢(shì)壘低于 30.4mV，實(shí)現(xiàn)了鍵合界面高效電子隧穿；后續(xù)通過(guò)超高溫退火、化學(xué)機(jī)械拋光與原子級(jí)蝕刻處理，獲得滿足外延生長(zhǎng)要求的高質(zhì)量襯底表面。

基于該復(fù)合襯底，團(tuán)隊(duì)成功制備了200V肖特基勢(shì)壘二極管。測(cè)試結(jié)果顯示，器件比導(dǎo)通電阻低至國(guó)際同類最優(yōu)水平0.50 mΩ?cm2，較傳統(tǒng) 4H-SiC 襯底器件降低 47%；浪涌電流耐受能力達(dá)到 312A，展現(xiàn)出優(yōu)異的電熱魯棒性。從比導(dǎo)通電阻與擊穿電壓的對(duì)比圖來(lái)看，4H/3C-SiC工程化襯底上器件性能優(yōu)于4H-SiC襯底上器件極限性能，在擊穿電壓為 100V至600V 的范圍內(nèi)，工程化襯底可使比導(dǎo)通電阻降低3-6倍�？梢�(jiàn)，新型工程襯底為下一代低壓碳化硅功率器件提供了一個(gè)富有前景的平臺(tái)。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://ime.cas.cn/kygz/kydt/index_1.html。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）