碳化硅(SiC)是一種寬帶隙化合物半導(dǎo)體，具有高擊穿場強(qiáng)(約為Si的10倍)、高飽和電子漂移速率(約為Si的2倍)、高熱導(dǎo)率(Si的3倍、GaAs的10倍)等優(yōu)異性能。相比同類硅基器件，SiC器件具有耐高溫、耐高壓、高頻特性好、轉(zhuǎn)化效率高、體積小和重量輕等優(yōu)點，在電動汽車、軌道交通、高壓輸變電、光伏、5G通訊等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。高質(zhì)量、低成本、大尺寸SiC單晶襯底是制備SiC器件的基礎(chǔ)，掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SiC晶體生長和加工技術(shù)一直是相關(guān)領(lǐng)域研究的重點。

自1999年，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析重點實驗室陳小龍研究團(tuán)隊立足自主創(chuàng)新，利用自主研發(fā)的生長設(shè)備，系統(tǒng)研究了SiC晶體生長的熱力學(xué)和生長動力學(xué)基本規(guī)律，認(rèn)識了晶體生長過程中相變、缺陷等的形成機(jī)制，提出了缺陷、電阻率控制和擴(kuò)徑方法，形成了系列從生長設(shè)備到高質(zhì)量SiC晶體生長和加工等關(guān)鍵技術(shù)，將SiC晶體直徑從小于10毫米(2000年)不斷增大到2英寸(2005年)。2006年，該團(tuán)隊在國內(nèi)率先開展了SiC單晶的產(chǎn)業(yè)化，成功將研究成果在北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司轉(zhuǎn)化，通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，先后成功研制出了4英寸(2010年)和6英寸(2014)SiC單晶。目前，北京天科合達(dá)實現(xiàn)了4-6英寸SiC襯底的大批量生產(chǎn)和銷售，成為國際SiC導(dǎo)電晶圓的主要供應(yīng)商之一。

SiC器件的成本主要由襯底、外延、流片和封測等環(huán)節(jié)形成，襯底在SiC器件成本中占比高達(dá)~45%。為了降低單個器件的成本，進(jìn)一步擴(kuò)大SiC襯底尺寸，在單個襯底上增加器件的數(shù)量是降低成本的主要途徑。8英寸SiC襯底將比6英寸在成本降低上具有明顯優(yōu)勢。國際上8英寸SiC單晶襯底研制成功已有報道，但迄今尚未有產(chǎn)品投放市場。

8英寸SiC晶體生長的難點在于：首先要研制出8英寸籽晶；其次要解決大尺寸帶來的溫場不均勻和氣相原料分布和輸運效率問題；另外，還要解決應(yīng)力加大導(dǎo)致晶體開裂問題。在已有的研究基礎(chǔ)上，2017年，陳小龍研究員、博士生楊乃吉、李輝副研究員、王文軍主任工程師等開始8英寸SiC晶體的研究，通過持續(xù)攻關(guān)，掌握了8英寸生長室溫場分布和高溫氣相輸運特點，以6英寸SiC為籽晶，設(shè)計了有利于SiC擴(kuò)徑生長的裝置，解決了擴(kuò)徑生長過程中籽晶邊緣多晶形核問題；設(shè)計了新型生長裝置，提高了原料輸運效率；通過多次迭代，逐步擴(kuò)大SiC晶體的尺寸；通過改進(jìn)退火工藝，減小了晶體中的應(yīng)力從而抑制了晶體開裂。2021年10月在自研的襯底上初步生長出了8英寸SiC晶體。