新突破!4英寸铸造法氧化镓单晶研制获得成功

日期:2023-08-18 阅读:974
核心提示:在紧张忙碌的半导体材料研究室,白色的氧化镓粉末聚沙成塔,在单晶生长炉里默默生长。由它加工而成的氧化镓衬底片、外延片,可以

在紧张忙碌的半导体材料研究室,白色的氧化镓粉末聚沙成塔,在单晶生长炉里默默生长。由它加工而成的氧化镓衬底片、外延片,可以制作成各类功率器件,在新能源汽车、轨道交通、可再生能源发电等领域前景无限,有望大幅降低能源消耗。

近日,杭州镓仁半导体有限公司联合浙江大学杭州国际科创中心(简称科创中心)先进半导体研究院、硅及先进半导体材料全国重点实验室使用铸造法成功制备了高质量4英寸氧化镓单晶,并完成了4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破。

1英寸、2英寸、4英寸氧化镓单晶

本项目获得了浙江省2023年“领雁”研发攻关计划资助以及杭州市萧山区“5213”卓越类计划扶持。

铸造法是科创中心首席科学家杨德仁院士团队自主研发的、适用于氧化镓单晶生长的新型熔体法技术,其生长的氧化镓晶圆具有两个显著优势,一是由于采用了熔体法新路线,显著减少了贵金属铱的使用量,使得氧化镓生长过程不仅更简单可控,而且成本也更低,具有更广阔的产业化前景;二是使用该方法生长出的氧化镓为柱状晶,可满足不同使用场景的需求。

“每克铱的价格就高达上千元,可以说是比黄金更珍贵的贵金属。但主流方法生长氧化镓晶体使用的盛放熔体的坩埚及配件,需要大量的贵金属铱,因此过去一直难以降低衬底成本。”团队负责人张辉教授说,“我们采用的方法大幅减少了铱的使用,成本更低,对产业化来说具有现实意义。”

氧化镓的固液界面失稳、热冲击产生高密度位错、温度梯度的调控以及晶体开裂……事实上,铸造法在研发过程中也遇到了诸多问题,轮班值守、修改方案,经历了成百上千次的实验后,团队最终优化了铸造工艺,突破了生长、加工等各项技术难题。

X射线摇摆曲线和原子力显微镜图

据晶片测试分析显示,晶体质量和加工技术也保持在产品级标准。高分辨X射线摇摆曲线半高宽小于100弧秒,衍射峰均匀对称,表明晶体质量良好。加工后晶片经AFM测试证实,表面粗糙度小于0.5 nm。

早在去年5月,科创中心先进半导体研究院就成功突破2英寸生长技术,制备了直径2英寸的氧化镓晶圆,为实现氧化镓批量生产打下坚实基础。未来,团队将继续开展自主创新工作,逐步突破更大尺寸,更高质量的氧化镓衬底,推动氧化镓产业高质量发展。

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杭州镓仁半导体有限公司成立于2022年9月,是一家专注于宽禁带半导体材料(氧化镓等第四代半导体)研发、生产和销售的科技型企业。公司开创了氧化镓单晶生长新技术,拥有国际、国内发明专利十余项,突破了美国、德国、日本等西方国家在氧化镓衬底材料上的垄断和封锁。镓仁半导体立足于解决国家重大需求,将深耕于氧化镓上游产业链的持续创新,努力为我国的电力电子等产业发展提供产品保障。

内容来源:浙大杭州科创中心先进半导体研究院 

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