广州南砂晶圆半导体技术有限公司

碳化硅是宽禁带半导体材料的典型代表,具有禁带宽、临界击穿电场高、热导率高等优异的物理性质,是制造高功率、高温半导体器件的理想半导体材料,也是现阶段从单晶衬底、外延、器件和应用产业链条技术全面发展的第三代半导体材料。
广州南砂晶圆半导体技术有限公司(简称南砂晶圆)成立于2018年,位于广州市南沙区,是聚焦碳化硅产业上游,专注碳化硅单晶衬底材料的高技术企业,是山东大学教育部新一代半导体材料研究院的产业化基地。其碳化硅单晶制备技术来源于山东大学晶体材料国家重点实验室。南砂晶圆以山东大学研发的6英寸碳化硅单晶制备技术成果为基础,并同山东大学开展全方位产学研深度合作,共同研发和生产碳化硅衬底材料,坚持创新发展,不忘初心,树立“聚沙成晶、科技报国”的愿景。
南砂晶圆已经建成1.3万平方米研发厂房,拥有晶体生长炉和完整的相关衬底加工线,产品主要以6英寸半绝缘和N型SiC衬底为主,现年产各类碳化硅衬底晶片6万片。2020年二期扩产项目已经动工,总投资9亿元,总建筑面积达64 746 m²,扩产后规模达1 000台碳化硅晶体生长炉及相应衬底加工设备,成为国际领先的碳化硅晶体材料及相关产品供应商。
南砂晶圆公司管理和技术团队实力雄厚,由教授、博士、硕士等研发与管理人员组成。南砂晶圆董事长王垚浩博士是教授级高级工程师,长期任佛山市国星光电股份有限公司(002449.SZ)董事长、总经理、党委书记,有丰富的企业管理经验,2003—2016年,连续担任科技部半导体照明重大专项和863专项专家组专家。     

氮化镓单晶衬底制备技术发展与展望

氮化镓(GaN)是第三代半导体材料中的典型代表.因其良好的物理化学性能与热稳定特性,是制作光电子器件及电力电子器件的理想材料.采用同质外延技术在GaN单晶衬底上制备GaN基器件是实现其高性能的根本途径.本文综述了GaN单晶衬底制备的氢化物气相外延技术、三卤化物气相外延技术、氨热法及助熔剂法(钠流法)的研究进展,并对未来可能的发展方向提出了展望.     

三温区晶体生长炉热场设计探讨

晶体生长炉是晶体生长的基础.根据三硼酸锂(LBO)、偏硼酸钡(β-BBO)等晶体生长的要求,我们设计制备了包含三温区的晶体生长炉.本文报道了关于该炉温场设计所考虑的基本问题和炉体材料的选择,给出了电气系统的基本框架及构件.实际测量表明:该炉控温精度在上温区为±0.135℃,中温区为±0.09℃,下温区为±0.136℃,高温区炉温均匀度为0.86℃,低温区炉温均匀度为-0.86℃.     

提高单晶炉真空密闭性能的探讨

晶间腐蚀、应力腐蚀和缝隙腐蚀,是单晶炉炉室发生水渗漏的主要原因,因而是制造过程中材料选择、热加工工艺、机械设计与加工以及设备使用中要特别予以关注的问题.在至少380℃以上温度进行热时效会强化材料的晶间敏化趋向,较合理的措施是进行振动时效处理.结构设计中还应对炉室工作时的热应力及其作用加以考虑,热场设计中应对炉室内壁材料的晶间敏化问题和单晶棒产生的热辐射予以重视.纯净的冷却水是防止或减少腐蚀的重要条件.     

双坩埚三维温度梯度法蓝宝石晶体生长炉设计

在已有的三维温度梯度法(3DGF)蓝宝石晶体生长炉基础上,设计了一种双坩埚蓝宝石晶体生长炉.设计的三维温度梯度法蓝宝石晶体生长炉主要针对蓝宝石手机面板市场,将坩埚设计成长方体型,增加了材料利用率,并简化了晶体切割工艺.采用双坩埚技术,可进一步提高晶体的生产效率,节约能耗,降低成本.本设计的双坩埚3DGF蓝宝石晶体生长炉可单炉获得2个300 mm×100 mm× 100 mm的蓝宝石晶体.     

泡生法蓝宝石晶体炉不同保温屏材料的性能比较分析

泡生法蓝宝石晶体炉内保温屏是炉内温场的重要部件,并对晶体生长有重要影响.本文对不同的保温屏材料的影响进行了计算分析.通过分析加热功率、晶体温度分布、固液界面形状,比较钨钼、石墨、氧化锆三种材料的保温屏的保温性能和对晶体生长的影响,结果表明:氧化锆保温性能优于钨钼保温屏,而石墨保温性能最差.选用钨钼保温屏和氧化锆保温屏晶体温度分布较为接近,且高于选用石墨保温屏时的温度分布.石墨保温屏对应的固液界面形状最大,钨钼屏其次,而氧化锆材料时形状最平缓.     

碳化硅单晶位错研究进展

SiC作为代表性的第三代半导体材料,具有优异的物理化学性能。随着材料及应用的发展,SiC衬底在航天电源、电动汽车、智能电网、轨道交通、工业电机等领域的应用日益重要。相比第一代半导体材料如Si和第二代半导体材料如GaAs而言,SiC衬底质量还有很大的改善空间,是现阶段研发和产业的热点。其中SiC单晶缺陷,特别是一维位错缺陷的检测和降低,是近10年内重要的研究内容。本文重点对SiC中位错的形成原因、位错检测技术、位错密度降低方法及近年来SiC单晶中位错的优化水平进行总结归纳,并提出了SiC需要继续突破和发展的方向。     

江苏东方四通科技股份有限公司

<正>新能源产业成就卓越发展.绿色电源点亮未来之路超越自我追求卓越主要产品太阳能硅单晶炉直流开关电源蓝宝石(Al_2O_3)单晶炉直流开关电源单晶炉磁场电源单晶生长炉感应加热电源多晶铸锭炉PWM交流调压电源江苏东方四通科技股份有限公司是一家致力子绿色、高效电源研发和生产的高新技术企业,曾承担国家和江苏省火炬计划项目,并获得科技创新基金,主要产品有大功率软开关电源。PWM交流调压器。     

用数学模型计算生长大尺寸光学晶体加热系统结构第2部分-在Ф400mm CaF2晶体生长中计算辐射-传导热交换的方法和结果

大尺寸氟化物晶体的生长是基于对晶体炉热交换的实验研究和计算结果,在晶体生长过程的不同阶段解决了复杂结构生长容器的边界条件和温场的二维计算任务.我们在这里给出了晶体生长过程中温场设置和转变的具体数据.所有的计算都是根据晶体、熔体,容器材料的光学特性与光谱和温度的关系以及它们的热物理值与温度的关系做出的.这些结果包括了迄今有关氟化物晶体生长系统和过程的最精确的数据,可用于生长技术工艺的发展以及晶体生长炉和容器的设计.     

大直径碳化硅单晶衬底材料获鲁2013技术发明一等奖

<正>日前,山东省科学技术奖励大会在济南召开,会议表彰了2013年度为山东省科技创新和现代化建设作出突出贡献的科技工作者。山东大学晶体材料重点实验室徐现刚教授等完成的"大直径4H-SiC单晶衬底材料"获山东省技术发明一等奖。碳化硅是第三代半导体材料,用于高温大功率半导体器件,在雷达、高压输电等方面有广泛用途,碳化硅的生长需要在2100多度的高温环境里进行,它的硬度仅次于金刚石。     

Measurement of three‐dimensional concentration gradients around a crystal growing from its aqueous solution using laser schlieren

Schlieren measurements of the gradients of the concentration field around a KDP crystal growing from its aqueous solution are reported. The measurement of the concentration gradient field is important for crystal growth because it controls the rate of solute transport from the bulk of the solution to the crystal surface. In the crystal vicinity, the concentration gradients have a three dimensional distribution. The concentration gradient field has been imaged using monochrome schlieren technique. Four view angles, namely 0, 45, 90 and 135° have been utilized. By interpreting the schlieren images as projection data of solute concentration gradient, the three‐dimensional concentration gradient field around the crystal has been determined using an algebraic reconstruction technique. At low supersaturation levels, the growth process is accompanied by weak fluid movement during which diffusion effects are significant. At higher levels of supersaturation and large crystal size, a well‐defined convective plume around the growing crystal is observed. Reconstruction of concentration gradients around the crystal explains the preferential growth rates of various faces of the crystal. The non‐circular shape of the crystal is seen to affect the symmetry of the distribution of concentration gradients in its vicinity. The effect of crystal morphology on the orientation of convection currents rising from the crystal surface has also been brought out on the basis of the reconstructed concentration gradients distribution in the growth chamber. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

弛豫铁电单晶的生长及性能优化研究进展

钙钛矿型(ABO₃)弛豫铁电单晶具有优异的机电耦合性能,被认为是研制下一代医疗超声换能器、高精度压电驱动器、水声换能器等机电耦合器件的核心关键材料。针对弛豫铁电单晶材料制备与物理性能方面尚存在的基础科学与工艺问题,本文综述了近些年弛豫铁电单晶生长与性能优化方面的研究进展,包括若干新的单晶生长方法用以改善弛豫铁电单晶的成分和性能均匀性,提升弛豫铁电单晶压电性能的系列新方法,通过铁电畴结构调控以获得高透光率的弛豫铁电单晶,以及高性能弛豫铁电单晶在电光技术领域的应用等。     

Crystallization of mefenamic acid and polymorphs

The crystallization of Mefenamic Acid, (MA), which has a prevalent usage in drug formulation, was investigated. MA is a high‐dose, anti‐inflammatory, analgesic agent used for pain in menstrual disorders. Some negative properties of MA are a high hydrophobicity and propensity to stick to surfaces, which cause great problems during granulation and tabletting. To facilitate tabletability, enhance dissolution rates, and develop a stable and reproducible dosage form, investigation of the physicochemical properties of mefenamic acid is necessary. Pharmaceutical drugs are commonly crystalline materials and are therefore subject to polymorphism. Polymorphism, the ability of a substance to exist in more than one crystalline form, is a significant phenomenon in the field of chemical engineering sciences, including pharmaceutical development. Establishing the polymorphic behaviour of a drug molecule early in development minimizes the number of unsuitable candidates developed and reduces the risk of encountering issues later which may have a major financial and time impact. Mefenamic acid crystals were recrystallized from five different solvents of N, N‐dimethylformamide (DMF), acetone, N, N‐dimethylacetamide (DMA), Dimethylsulfoxide (DMS) and Ethyl Acetate (EA). In order to characterize the Mefenamic Acid crystal structure and the polymorphic forms of the crystals obtained by recrystallization, the scanning electron microscopy (SEM), Raman diffractometry and X‐ray pattern were used. From the industrial crystallization point of view, the crystal size distribution (CSD), the crystal shape, the polymorphic form and the crystallization steps are important factors that affect the quality and bioavailability of a drug. For the determination of crystal size distribution of MA, The Focused Beam Reflectance Measurement (FBRM) technique was practiced and CSD profiles were obtained. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

大尺寸电阻加热式碳化硅晶体生长热场设计与优化

大尺寸低缺陷碳化硅(SiC)单晶体是功率器件和射频(RF)器件的重要基础材料,物理气相传输(physical vapor transport, PVT)法是目前生长大尺寸SiC单晶体的主要方法。获得大尺寸高品质晶体的核心是通过调节组分、温度、压力实现气相组分在晶体生长界面均匀定向结晶,同时尽可能减小晶体的热应力。本文对电阻加热式8英寸(1英寸=2.54 cm)碳化硅大尺寸晶体生长系统展开热场设计研究。首先建立描述碳化硅原料受热分解热质输运及其多孔结构演变、系统热输运的物理和数学模型,进而使用数值模拟方法研究加热器位置、加热器功率和辐射孔径对温度分布的影响及其规律,并优化热场结构。数值模拟结果显示,通过优化散热孔形状、保温棉的结构等设计参数,电阻加热式大尺寸晶体生长系统在晶锭厚度变化、多孔介质原料消耗的情况下均能达到较低的晶体横向温度梯度和较高的纵向温度梯度。     

大尺寸晶体快速生长理论与技术的研究进展

“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一,揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上,晶体生长可以是有势垒的热激活过程,也可以是无势垒的超快结晶过程,这与具体的体系以及晶面有关。从界面属性角度来看,光滑界面是以台阶拓展的方式生长;粗糙界面没有明显的固-液分层,通过局部原子固化进行生长。本文从晶体生长理论模型、生长技术及其应用实例,以及分子动力学方法在晶体生长中的应用等方面探讨了近些年大尺寸晶体快速生长理论和技术的研究进展。目前有多种方法制备大尺寸晶体,但普遍存在制备的晶体质量差和性能不稳定等问题。需要突破对晶体生长微观机制上的认识,建立机制与温度、流速等外界因素的内在联系。而利用机器学习力场以及分子动力学模拟方法,建立固-液界面,模拟晶体生长,将是探究晶体生长微观机制的一种有效方式。     

基于神经网络和遗传算法的铸锭晶体硅质量控制及工艺优化

铸锭晶体硅是太阳能级晶硅材料的重要来源之一,为了进一步降低硅片成本,需要在保证晶体质量的同时发展大尺寸铸锭晶硅。影响铸造晶体硅质量的热场控制核心参数包括晶体生长速度与生长界面温度梯度之比V/G、壁面热流q、生长界面高度差Δh和硅熔体内部温差ΔT等。针对铸锭晶体硅生长过程中的质量控制问题,本研究基于人工神经网络(ANN)模型对晶体生长过程建立了工艺控制优化方法,利用实验测量数据和数值仿真模拟结果构建铸锭晶体硅生长过程的工艺控制数据集,以底部隔热笼开口和侧、顶加热器功率比作为主要工艺控制参数,V/G、|q|、|Δh|和ΔT为优化目标,建立用于研究晶体生长工艺控制参数和热场参数之间映射关系的神经网络模型。使用训练完成的模型分析底部隔热笼开口及侧、顶加热器功率比对晶体生长过程热场的影响规律,并采用遗传算法(GA)对铸锭晶体硅生长过程的工艺控制参数以提高晶体质量为目标进行优化,最后结合实际生产中的检测图像讨论了V/G对晶体质量的影响。研究表明晶体生长中期的V/G沿横向变化较平缓,对应缺陷较少且分布均匀,因此增大V/G在横向上的均匀度也是提高晶体质量的一个重要因素。     

Investigation of influential factors on the purification of zone‐refined germanium ingot

Zone refining is one of the most important procedures to purify germanium crystals for the fabrication of detectors in our laboratory. In order to properly zone refine high‐purity germanium crystals, it is important to develop perfect cleaning procedures for raw materials, quartz tubes, and the containers holding raw materials. Additionally, vacuum levels, container types, the correct combination of ambient gases, the speed of zone travel, and the ratio of ingot length to molten zone length, all need to be carefully studied in order to obtain the best results possible. In this work, we investigate a number of influential factors in perfecting high‐purity germanium crystal growth, specifically: cleaning procedures, boat composition, vacuum levels in the chamber, zone travel speed, and the ratio of ingot length to molten zone length. Using the van der Pauw Hall technique, we were able to measure the electrical properties of zone‐refined ingots and analyze the origin and distribution of three main impurity elements (boron, aluminum and phosphorus) thereby allowing us to study potential contamination sources. After detailed analysis on the various influential factors, we were able to optimize the zone‐refining procedures.     

冷心放肩微量提拉法大尺寸蓝宝石单晶生长过程的模拟分析

利用数值模拟方法计算了冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)蓝宝石晶体生长过程.结合晶体直径变化、裂纹出现位置与延续方向、晶体透明性等实验现象,通过与提拉法、温梯法、坩埚移动法等相对比,分析了冷心放肩微量提拉法晶体生长各阶段的工艺特点,并根据模拟计算结果对晶体生长系统和晶体生长控制工艺进行了改进.分别利用增大热交换器的散热参数、降低加热温度、改进降温曲线、调节外加轴向和径向温度梯度的方式来实现对晶体生长的引晶、放肩、等径和收尾控制.通过实验比较证明了改进后的晶体生长系统和晶体生长控制工艺能够生长出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体.     

Analysis of the dopant segregation effects at the floating zone growth of large silicon crystals

A computer simulation is carried out to study the dopant concentration fields in the molten zone and in the growing crystal for the floating zone (FZ) growth of large (> 100 mm) Si crystals with the needle-eye technique and with feed/crystal rotation. The mathematical model developed in the previous work is used to calculate the shape of the molten zone and the velocity field in the melt. The influence of melt convection on the dopant concentration field is considered. The significance of the rotation scheme of the feed rod and crystal on the dopant distribution is investigated. The calculated dopant concentration directly at the growth interface is used to determine the normalized lateral resistivity distribution in the single crystal. The calculated resistivity distributions are compared with lateral spreading resistivity measurements in the single crystal.     

直拉法单晶炉随动式加热器设计

单晶炉是一种在以高纯氩气为主的惰性气体环境中,用石墨热场加热,将多晶硅材料加以熔化,用直拉法生长单晶硅的设备,在太阳能单晶硅拉制的过程中,如何提高拉晶的速度和质量以及降低设备的能耗一直是单晶硅厂家永恒的追求。本文从机械结构的角度分析了坩埚上升在单晶炉拉晶过程中所造成的拉晶速度下降和额外能耗问题,在此问题的基础上提出了一种加热器随坩埚在拉晶过程中上升的单晶炉结构优化方法,并通过有限元仿真对单晶炉优化前后晶体和熔体的热场以及拉晶过程中加热器功率进行分析。结果表明,改进后的单晶炉不仅可以提高拉晶过程的稳定性和拉晶速度,从而进一步提高单晶炉的拉晶质量和产量,而且还能有效降低单晶炉拉晶的能耗。