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碳化硅(SiC)作为第三代宽禁带半导体的核心材料之一，具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率、化学稳定性好等优良特性，是制作高压、大功率、高频、高温和抗辐射新型功率半导体器件的理想材料，在电动汽车、轨道交通、高压输变电、光伏、5G通讯等领域具有重要的应用潜力。大尺寸高质量SiC单晶衬底是制造SiC功率半导体器件的基础。
近年来全球碳化硅领域以6英寸衬底为主，由于电动汽车渗透率不断增高，对SiC器件的需求不断增加，推升了对SiC衬底产能的需求。为增加产能供给，也为进一步降低SiC器件的平均成本，扩大SiC衬底尺寸是重要途径之一。为此，业界将目标锁定在8英寸SiC衬底上。业界领头羊Cree在2015年展示了8英寸SiC样品，2019年完成了首批8英寸SiC衬底样品的制样，并于今年开始量产8英寸SiC衬底。
我司联合山东大学晶体材料国家重点实验室经过多年的理论和技术攻关，实现了高质量8英寸导电型4H-SiC单晶和衬底的制备。经测试，衬底具有较高的结晶质量，边缘扩径区域没有小角度晶界缺陷。以下为对衬底的晶型、微管、电阻率和结晶质量进行表征结果。
晶体经过滚圆、磨平面整形后，获得标准直径的8英寸导电型4H-SiC晶锭，如图1（a）所示。经过切割、研磨、抛光后，加工获得520μm厚度的8英寸导电型4H-SiC衬底，如图1（b）所示。从图1（b）中可以看出，8英寸4H-SiC衬底呈均一的棕黄色，结合拉曼测试，表明衬底中无6H和15R-SiC等多型夹杂，4H晶型面积比例达到了100%。
图1 (a) 8英寸导电型4H-SiC晶锭； (b) 8英寸导电型4H-SiC衬底
采用全自动显微镜对8英寸导电型4H-SiC衬底进行面扫描，测试了微管密度及分布，如图2所示，微管主要分布在6英寸以外的扩径区域，微管密度小于0.3/cm2，达到衬底使用要求。
图2 8英寸导电型4H-SiC衬底微管分布
采用非接触式涡流法电阻率测试仪对8英寸导电型4H-SiC衬底的电阻率进行面扫描，电阻率分布如图3所示，电阻率范围为20-23mΩ·cm，平均值22mΩ·cm，电阻率不均匀性小于4%。
图3 8英寸导电型4H-SiC衬底电阻率分布
利用高分辨X射线衍射仪对衬底的结晶质量进行了表征，沿<11-20>直径方向测试5点，结果如图4所示。从图中可以看出，衬底( 004) 衍射面的5点摇摆曲线均为近对称的单峰，无多峰出现，说明衬底中没有小角度晶界缺陷，5点摇摆曲线半峰宽平均值32.7弧秒，表明衬底具有良好的结晶质量。
图4 8英寸SiC衬底(004) 面高分辨XRD摇摆曲线(半峰宽平均值32.7弧秒)
