【摘 要】
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碳化硅（SiC）近年来已经逐渐成为电力电子领域不可或缺的材料之一,在5G通讯、消费类电子、工业能源转换及新能源汽车等领域得到广泛应用。SiC晶体作为SiC元器件发展的基础,其制备方法以物理气相传输法（PVT）为主,但随着SiC衬底直径的增加,温度场的设计及实现难度也在增加。本文基于自研PVT设备,使用VR-PVT热场仿真软件建立了生长模型,通过热场和晶体热应力仿真确定适合6英寸SiC晶体生长的热场
【基金项目】
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陕西省重点研发计划项目（编号:2018ZDXM-GY-003）；
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碳化硅（SiC）近年来已经逐渐成为电力电子领域不可或缺的材料之一,在5G通讯、消费类电子、工业能源转换及新能源汽车等领域得到广泛应用。SiC晶体作为SiC元器件发展的基础,其制备方法以物理气相传输法（PVT）为主,但随着SiC衬底直径的增加,温度场的设计及实现难度也在增加。本文基于自研PVT设备,使用VR-PVT热场仿真软件建立了生长模型,通过热场和晶体热应力仿真确定适合6英寸SiC晶体生长的热场,在对热场进行验证的基础上,开展6英寸SiC晶体生长工艺探索,最终制备出质量较好的4H-SiC晶体。论文主要研究工作及结论如下:1.优化设计一种适合6英寸SiC晶体生长的热场。研究了测温孔孔径、线圈位置、生长温度对热场的影响以及保温层对晶体热应力的影响。研究结果表明,线圈位置的下移会导致坩埚轴向温差增大,线圈位置位于0以下时会使得生长的晶体呈“M”型。最终确定线圈相对位置为+20mm,测温孔孔径为25mm时的热场分布较好,且当生长温度为2200℃,压强为600Pa时,适合晶体生长。2.完成了热场验证、SiC晶体生长以及KOH缺陷腐蚀实验工作。结果表明,实际热场分布和仿真的热场分布相似,即设计的6英寸SiC晶体生长热场适合SiC晶体生长需求;探索了 SiC晶体生长的具体工艺,如粉料烧结工艺和单晶生长工艺,并确定了 KOH缺陷腐蚀工艺的腐蚀温度为470℃,腐蚀时间为10min。3.优化设计了一种低成本、用于抑制碳包裹体来提高晶体质量的石墨阻挡环结构,并对其进行了设计和验证。结果表明,粉料表面放置石墨阻挡环对热场分布影响不大,但是对坩埚内流场分布影响较大。石墨阻挡环内径越小,对流场的影响越大。实验结果表明,在粉料表面放置开孔为120mm的石墨阻挡环可以有效提高晶体质量,抑制碳包裹体的形成。最终使用优化设计的热场,以及通过工艺优化,实现了 4H-SiC晶体生长,其FWHM值为21.6",并对其位错密度进行评估,其中螺型位错（TSD）密度为240cm-2,刃型位错（TED）密度为4320cm-2,基面位错（BPD）密度为1920cm-2。
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