6吋晶體生長關鍵突破！　中山大學助攻MIT產業升級

【高雄訊】第三代半導體材料「碳化矽」（SiC）晶體已被視為重要戰略物資，是發展電動車、6G通訊、國防、航太、綠能的關鍵要素。國立中山大學晶體研究中心創全國學研單位之先，成功生長6吋導電型（n-type）4H碳化矽單晶，在長晶爐設備、坩堝（存放材料容器）、熱場設計、長晶技術、品質檢驗等環節100%MIT，奠定晶體生長速度快、穩定性高、成本低等優勢，將透過技轉助攻台灣產業升級，強化全球市場競爭力。

碳化矽在高電壓和高功率的表現優異，且散熱性佳，但製作困難，晶體生長的技術門檻高，需大量時間及經驗，台灣目前投入生產的企業發表的生長速度約在150-200um／hr之間，晶體穩定性與良率仍有待提升。中山大學材料與光電科學學系教授兼國際長周明奇指出，晶體研究中心已成功長出六吋導電型N-type 4H碳化矽SiC單晶，中心厚度為19mm，邊緣約為14mm，生長速度達到370um／hr，「晶體生長速度更快且具重複性」，國內尚無其他研究單位或大學能做得到，標示著第三類半導體碳化矽向前推進的進程。

周明奇表示，包括生長晶體的長晶爐、存放材料的容器坩堝、熱場設計、生長參數及晶體缺陷檢驗等，所有關鍵技術與設備設計、組裝全部MIT，不倚賴國外廠商，上下游一條龍自主培養合作廠商生態鏈，從學術研發鏈結到產業製造，更能撙節研發生產成本。

去年研究團隊導入6吋導電型（n-type）4H碳化矽長晶爐，已成功生長出6吋單晶。周明奇強調，為了從實驗室邁向工業化，團隊不斷調整生長參數、檢驗晶體品質，今年2月，確認生長的6吋導電型4H碳化矽SiC單晶生長速度更快、穩定性佳且具重複性，確保未來技轉廠商的市場競爭力與獲利優勢。

「台灣半導體產業獨步全球，居全球之冠，但在推進高功率元件、電動車及低軌衛星等先進應用的過程，卻缺乏成熟的第三代半導體材料碳化矽的晶體生長技術，發展受到限制。」周明奇說，中山大學團隊已取得碳化矽晶體生長關鍵突破，將進一步透過技轉，為台廠補足半導體產業鏈最尖端的戰略know-how，第一階段將會技轉至長期產學合作的企業，善用研發成果助攻產業升級。

目前4 吋、6 吋矽晶圓為市場主流尺寸，並逐漸朝向8吋轉進。展望未來，周明奇指出，團隊已投入8吋導電型（n-type）4H碳化矽生長設備研發設計，今年將持續推進碳化矽晶體生長核心技術，也正打造高真空環境，研發生長半絕緣碳化矽（Semi-insulating Silicon Carbide; SI.-SiC），持續為我國取得材料、製程、設備三大關鍵環節的自主能力。他強調，每個材料的獨特性質需經多年驗證，新材料欲取代或現有材料要退場，須考量多重因素，例如材料的工作環境及穩定性等。「日前媒體提到Tesla將刪減碳化矽晶片的用量，原文是說耐高溫的部分仍用碳化矽，而低溫的部分用矽，兩者分開封裝。碳化矽仍是必要材料，因此電動車的須求與充電樁仍是非常巨大。」

自2004年以來，中山大學晶體研究中心積極研發晶體生長設備及相關技術，持續攜手醫療、半導體、光學、雷射等產業，累積十多年高溫晶體研發經驗，並獲得國科會及教育部高教深耕計畫的經費挹注下，不斷創新突破生長碳化矽晶體的核心技術，透過攝氏2300度以上的超高溫生長出碳化矽晶體，是目前國內學研單位中唯一具備生長大尺寸吋SiC晶體的研究中心。此外，晶體中心也在立陶宛與拉脫維亞成立兩個海外研究中心，利用晶體中心所生長的雷射晶體，與立陶宛研究單位及企業共同開發高功率薄片雷射（Thin Disc Laser, TDL）系統，目前也有優異成果。