宽禁带碳化硅半导体是继硅半导体之后新近发展起来的新一代功率半导体,主要应用于电力电子、微波电子、光电子等领域,可大幅降低系统功耗,大幅提高能量转换效率,大幅减小系统体积,涉及国防军工、航空航天、微波通讯、高端装备制造、新能源、半导体照明等众多国家鼓励发展的战略行业,对于保障国防安全,发展高端装备制造业,实现产业升级换代具有重大意义。随着碳化硅产业链的不断发展,下游产业对碳化硅衬底的需求量持续增大,同时对品质提出了更高的要求。本文以实现6英寸N型4H-SiC单晶衬底的产业化为目标,采用自主研发设计的单晶生长设备,进行单晶缺陷控制方法研究,并成功实现6英寸衬底加工,获得了高质量的6英寸N型4H-SiC单晶衬底。在此基础上制备了高压大功率肖特基二极管,验证衬底材料的实用性。本文的主要研究工作为:1、采用数值模拟方法分析碳化硅单晶生长的热场分布,根据单晶生长的理想温场要求,研究了中频电源频率、炉膛直径、保温厚度、坩埚长度等参数对于温场的影响,优化了加热系统的结构;围绕优化的温场结构,对生长设备进行了集成设计,并提高了自动化水平和安全等级,形成了可稳定、可靠运行的设备整体。2、研究多型、微管及位错等缺陷的形成机制及影响因素,并据此优化了生长温度,生长速率,温度梯度,籽晶质量等关键缺陷控制参数,成功实现了 4H晶型比例100%,微管密度小于0.1个/cm2,贯穿螺型位错(TSD)密度低于1000/cm2,基平面位错(BPD)密度低于2000/cm2。3、研究6英寸衬底加工工艺,分析了固结金刚石多线切割中线张力、线速度、进刀速度等因素对切割质量的影响及化学机械抛光过程中所使用的氧化剂、添加剂对衬底表面粗糙度、平整度等的影响,据此优化了切割及化学机械抛光工艺,使衬底的翘曲度降低到20 μm以下。4、基于自主生产的6英寸N型碳化硅衬底进行器件验证,根据器件仿真、DOE实验和工艺精度能力,对JBS的结势垒区和肖特基区的面积比例、线宽比例、形状等结构进行了优化设计,同时研究并优化了外延,介质沉积,高温离子注入等关键制备工艺,最终制备了 1200V/12A、1200V/35A肖特基二极管,测试结果表明,器件性能已经与国际一流产品相当。