山东
碳化硅材料具有禁带宽度大、击穿场强高、迁移率快、热导率高等优点。半绝缘型和导电型两类产品可满足射频器件和电力电子器件制造需求，广泛应用于5G通信、雷达电子、新能源汽车、储能等领域，关系国防安全和国民经济建设。碳化硅衬底作为战略性材料，自主可控是保证国家重点产业链、重大任务实施的关键，也是保障国家经济建设的核心。
来源：天科合达
碳化硅粉是进行碳化硅衬底生长的主要原料。目前行业内主要采用物理气相传输（PVT）法，将碳化硅粉合成为碳化硅单晶晶锭，通过滚圆、切割、研磨、抛光、清洗达到表面粗糙度小于0.1nm的碳化硅单晶衬底。碳化硅粉按用途分为高纯型碳化硅粉和掺氮型碳化硅粉。高纯型碳化硅粉主要用于生产半绝缘型碳化硅衬底，半绝缘型衬底具有较高的电阻率，主要用于制造微波射频器件，是无线通讯领域的基础零部件。掺氮型碳化硅粉主要用于生产导电型碳化硅衬底，导电型衬底的电阻率较低，由导电型碳化硅衬底生长出的碳化硅外延片，可以进一步制作功率器件，广泛应用于新能源汽车、光伏、智能电网、轨道交通等领域。
来源：天科合达
碳化硅粉一般是由碳粉和硅粉按照1:1比例在高温2000℃反应生成碳化硅粉。碳化硅晶锭生长过程中的缺陷程度严重依赖于碳化硅粉，因此碳化硅粉对于晶体及衬底质量有着重要影响，包括碳化硅粉体的粒径、杂质、粉料晶型及氮气含量等，其中颗粒粒径影响结晶速率和质量，杂质元素含量对碳化硅的电学性能有重要影响。
01
粉料粒径对晶体的影响
碳化硅粉料的粒径直接影响气相组分中硅组分和碳组分的摩尔比，进而影响单晶生长。生长系统的总压力、硅碳比随颗粒尺寸的减小而增大，当颗粒尺寸从2～3mm减小到0.06mm时，硅碳比从1.3增加到4.0。当颗粒小到一定程度时，Si分压增大，在生长晶体表面形成一层Si膜，诱发气液固生长，影响晶体多型、点缺陷和线缺陷，影响晶体质量控制。
此外，当碳化硅粉料颗粒的尺寸比较小时，粉料的分解速度比较快，导致碳化硅单晶生长速度过快。一方面在SiC单晶生长的高温环境中合成与分解两个过程同时进行，碳化硅粉会发生分解并形成Si、Si2C、SiC2等气相及固相的碳，导致多晶粉料的碳化比较严重，形成晶体的碳包裹物；另一方面，当粉料的分解速度比较快时，生长的SiC单晶晶型结构容易发生变化，使得生长的SiC单晶质量不容易控制。
02
杂质对晶体的影响
碳化硅粉料中的杂质含量影响晶体生长过程中的自发成核，杂质含量越高，晶体自发成核的可能性越小，主要金属杂质包括B、Al、V、Ni，另外B、AI是SiC中主要的浅能级受主杂质，导致碳化硅电阻率降低。其他金属杂质引入多个能级，导致碳化硅单晶在高温下的电学性能不稳定，对高纯半绝缘单晶衬底的电学性质特别是电阻率造成较大影响。
03
粉料晶型对晶体的影响
PVT法生长SiC单晶是在高温下进行的升华-重结晶过程，SiC原料晶型对晶体生长有重要影响，在粉料合成的过程中，主要会产生晶胞呈现立方体结构的低温合成相（β-SiC）和晶胞呈现六方体结构的高温合成相（α-SiC）。碳化硅晶型较多，温度控制范围较窄，如3C-SiC在高于1900℃下就会转变为六方碳化硅多形体，即4H/6H-SiC。
在单晶生长过程中，采用β-SiC粉料生长晶体时，硅碳摩尔比大于5.5，而α-SiC粉料生长晶体时，硅碳摩尔比为1.2，当温度升高，坩埚中发生相转变，此时气相中的摩尔比变大，不利于晶体生长。此外，在相变过程中，容易产生其他气相杂质，包括碳、硅、二氧化硅等，这些杂质的存在令晶体滋生出微管、空洞的缺陷。因此，必须对粉料晶型进行精确控制。
04
粉料氮气含量对晶体的影响
氮气含量的高低决定了单晶衬底的电阻率大小，各大厂家在进行粉料合成中需要根据成熟的长晶工艺来调整合成料中氮气掺杂浓度。高纯半绝缘碳化硅单晶衬底是军用核心电子元器件的最有潜力的材料，要生长高电阻率电学性质优良的高纯半绝缘单晶衬底，必须将衬底中主杂质氮的含量控制在较低的水平。导电型单晶衬底需要氮含量控制在较高浓度。
参考来源：
国家标准《碳化硅粉》编制说明（征求意见稿）
王殿等.高纯度碳化硅单晶粉料合成工艺
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