碳化硅单晶衬底材料（Silicon Carbide Single Crystal Substrate Materials，以下简称SiC衬底）也是晶体材料的一种，属于宽禁带半导体材料，具有耐高压、耐高温、高频、低损耗等优势，是制备大功率电力电子器件以及微波射频器件的基础性材料。

目前我公司上海鑫科汇新材料有限公司可根据客户要求定制各种规格及形状的碳化硅单晶；价格质量有保证，欢迎联系本页面微信客户咨询。

SiC的晶体结构

SiC单晶是由Si和C两种元素按照1:1化学计量比组成的Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体材料，硬度仅次于金刚石。

C原子和Si原子都有4个价电子，可以形成4个共价键，组成SiC基本结构单元——Si-C四面体，Si原子和C原子的配位数都是4，即每个C原子周围都有4个Si原子，每个Si原子周围都有4个C原子。

SiC衬底作为一种晶体材料，也具有原子层周期性堆垛的特性。Si-C双原子层沿着方向进行堆垛，由于层与层之间的键能差异小，原子层之间容易产生不同的连接方式，这就导致SiC具有较多种类的晶型。常见晶型有2H-SiC、3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC等。原子层间的排列方式不同，使得组成原子的占位不同，2H晶型中原子全为六方位。而3C晶型中的原子全为立方位。不同占位比会影响晶体的禁带宽度以及载流子性能。随着六方位占比增加，禁带宽度逐渐增大，从3C晶型禁带宽度的2.4eV到2H晶型的3.2eV。

其中，按照“ABCB”顺序进行堆垛的结构称为4H晶型。虽然不同晶型的SiC晶体具有相同的化学成分，但是它们的物理性质，特别是禁带宽度、载流子迁移率等特性有较大的差别。从理论上来看，2H晶型全为六方堆积方式——禁带宽度最大，应该最适合作为大功率器件的制作材料。但是由下面相图，可以看出其制备条件在实际操作过程中难以实现制造。因此在现实情境下，选择了4H晶型。其在制造和各方面的性能更适合半导体领域的应用。

上图也可以看出4H晶型在相图中的面积并不大，因此制造的难度系数也是非常高的。生长温度、压力等多种因素都会影响SiC衬底的晶型稳定性，因此想要获得高质量、晶型均一的单晶材料，在制备过程中必须精确控制如生长温度、生长压力、生长速度等多种工艺参数。

SiC制备方法：物理气相升华法（PVT法）

目前SiC晶体的生长方法主要有物理气相传输法(Physical Vapor Transport Method, PVT法)、高温化学气相沉积法(High Temperature Chemical Vapor Deposition, HTCVD法)、液相法(Liquid Phase Method)等。其中，PVT法是已发展较为成熟，更适用于产业化批量生产的方法。

所谓PVT法，是指将SiC籽晶放置在坩埚顶部，将SiC粉料作为原料放置在坩埚底部，在高温低压的密闭环境下，SiC粉料升华，并在温度梯度和浓度差的作用下向上传输至籽晶附近，达到过饱和状态后再结晶的一种方法。该方法可以实现SiC晶体尺寸和特定晶型的可控生长。

然而，使用PVT法生长SiC晶体需要在长时间的生长过程中，始终维持适宜的生长条件，否则会导致晶格紊乱，从而影响晶体的质量。但SiC晶体的生长是在密闭空间内完成的，有效的监控手段少，变量多，因此工艺控制的难度较高。

单一晶型稳定生长的主要机制：台阶流动生长模式

在PVT法生长SiC晶体的过程中，台阶流动生长模式（Step Flow Growth）被认为是单一晶型稳定生长的主要机制。

气化后的Si原子和C原子会优先在kink点位置与晶体表面原子成键，在此处成核生长，从而使得各个台阶平行向前流动。当晶体表面产生台阶宽度远远超过吸附原子的扩散自由程时，大量吸附原子就可能发生团聚，形成的二维岛状生长模式会破坏台阶流动生长模式，导致4H晶型结构信息丢失，从而产生多型缺陷。因此，工艺参数的调节要实现对表面台阶结构的调控，以此抑制多型缺陷的产生，达到获得单一晶型的目的，最终制备出高品质的晶体。

总结一下

当然，制备高品质的SiC衬底，晶体生长只是第一步，产品最终达到使用要求前，还需要经过切割、研磨、倒角、抛光、清洗、检测等一系列工序。SiC单晶作为一种硬脆材料，对于加工环节的技术要求也很高，各生产环节中产生的损伤都有可能具备一定的遗传性，传递到下一道工序，最终影响产品质量，因此高效加工SiC衬底的技术也备受产业、学术界关注