近日，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院傳來新進(jìn)展。皮孝東教授、王蓉研究員團(tuán)隊(duì)成功制備出厚度超過300微米的超厚碳化硅外延材料，實(shí)現(xiàn)了國際上首次300微米級超厚碳化硅外延薄膜的穩(wěn)定生長，為超高壓碳化硅功率器件的發(fā)展提供了關(guān)鍵材料支撐。
相比傳統(tǒng)硅材料，碳化硅具備更高擊穿電場、更高熱導(dǎo)率和更強(qiáng)耐高溫能力，近年來已廣泛應(yīng)用于新能源汽車、光伏逆變器、儲能等領(lǐng)域。目前主流碳化硅功率器件耐壓等級大多集中在3300伏以內(nèi)，對應(yīng)外延層厚度約30微米即可滿足需求。但隨著智能電網(wǎng)、高鐵、大型船舶等高壓場景快速發(fā)展，器件耐壓正向10千伏乃至30千伏級邁進(jìn)，這也對碳化硅外延層厚度提出更高要求。
研究團(tuán)隊(duì)介紹，若要實(shí)現(xiàn)3萬伏級器件，外延層厚度需要提升至300微米以上，相比現(xiàn)有主流產(chǎn)品增厚超過10倍。然而，隨著外延層持續(xù)增厚，材料內(nèi)部應(yīng)力和缺陷會快速累積，生長難度呈幾何級增加。為解決這一問題，團(tuán)隊(duì)圍繞設(shè)備設(shè)計(jì)、生長工藝及缺陷控制開展系統(tǒng)攻關(guān)，最終成功制備出厚度達(dá)312微米的碳化硅外延片，同時(shí)將表面致命缺陷密度控制在0.75個(gè)/平方厘米。相關(guān)成果已在2025年國際碳化硅及相關(guān)材料會議（ICSCRM 2025）上公開報(bào)道。
在超厚外延材料制備過程中，團(tuán)隊(duì)還重點(diǎn)解決了“肖克利型層錯(cuò)”這一關(guān)鍵缺陷問題。該缺陷在高壓、高溫工作環(huán)境下會逐漸擴(kuò)展，影響器件長期可靠性。研究人員從能帶結(jié)構(gòu)出發(fā)，揭示了缺陷在電場中的擴(kuò)展機(jī)制，并提出一種基于低功率紫外光與高溫協(xié)同處理的后處理方案。通過紫外光掃描，可促使缺陷內(nèi)部電子遷移，使層錯(cuò)逐漸收縮直至消失。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法可實(shí)現(xiàn)440兆帕應(yīng)力條件下誘發(fā)層錯(cuò)的100%消除。相關(guān)成果已發(fā)表于《Science China Physics, Mechanics & Astronomy》。
此次突破的重要意義，在于為30千伏級以上碳化硅功率器件打開了產(chǎn)業(yè)化空間。當(dāng)前，我國新型智能電網(wǎng)配電網(wǎng)電壓等級已達(dá)到1萬至3.5萬伏，高鐵接觸網(wǎng)電壓約2.75萬伏，大型全電推進(jìn)船舶的直流電網(wǎng)同樣需要更高耐壓器件支持。采用超厚碳化硅外延材料后，可有效降低系統(tǒng)開關(guān)損耗，提升能源利用效率，同時(shí)減小設(shè)備體積與重量。
除了高壓功率電子領(lǐng)域，300微米級碳化硅材料還可滿足量子信息、輻射探測等方向?qū)Ω咂焚|(zhì)厚膜材料的需求，在高能粒子探測、空間輻射監(jiān)測等領(lǐng)域也具有應(yīng)用潛力。
據(jù)了解，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院長期圍繞碳化硅材料生長、應(yīng)力調(diào)控、雜質(zhì)與缺陷機(jī)理等方向開展研究。近三年來，團(tuán)隊(duì)在碳化硅領(lǐng)域已形成較強(qiáng)學(xué)術(shù)影響力，累計(jì)獲得授權(quán)發(fā)明專利70余項(xiàng)，其中11項(xiàng)已實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓或許可，相關(guān)成果正加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化落地。
7月23-24日江蘇蘇州，Flink啟明產(chǎn)鏈聯(lián)合國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（蘇州）將邀請多家科研機(jī)構(gòu)和行業(yè)龍頭企業(yè)，共同舉辦2026異質(zhì)異構(gòu)集成創(chuàng)新大會暨第二屆先進(jìn)封裝與高算力熱管理大會。特別設(shè)置異質(zhì)集成、先進(jìn)封裝、高算力熱管理三大平行論壇，深度交流與探討芯片熱管理材料與工藝、封裝熱管理方案、下一代互聯(lián)工藝、Chiplet架構(gòu)、2.5D/3D集成、封裝失效分析、硅光互聯(lián)等核心技術(shù)，破解產(chǎn)業(yè)協(xié)同瓶頸。（詳情點(diǎn)擊：限量免費(fèi)參會！異質(zhì)異構(gòu)集成創(chuàng)新大會暨第二屆先進(jìn)封裝與高算力熱管理大會！7月23-24日，江蘇·蘇州）
推薦閱讀
?第二輪通知：第18屆中國金剛石相關(guān)材料及應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會暨2026國際金剛石創(chuàng)新應(yīng)用大會
?感謝相伴！400 + 精英齊聚蘇州！2026（第二屆）未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新大會，圓滿落幕
?第一輪通知！7月23-24日 蘇州！2026異質(zhì)異構(gòu)集成創(chuàng)新大會暨第二屆先進(jìn)封裝與高算力熱管理大會
聲明：Flink未來產(chǎn)鏈整理，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系：18158256081（同微信）
