直径360 mm多晶碳化硅的生长及其性能研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0063

人工晶体学报 ›› 2026, Vol. 55 ›› Issue (8): 1261-1265.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0063

直径360 mm多晶碳化硅的生长及其性能研究

王帆¹^,²(), 王安琦¹^,², 黄渊超¹^,², 杨正宏³, 韩学峰¹^,², 杨德仁¹^,², 皮孝东¹^,²(), 董建勋³^,⁴()

^1.浙江大学材料科学与工程学院，硅及先进半导体材料全国重点实验室，杭州 310027
^2.浙江大学杭州国际科创中心先进半导体研究院，杭州 311200
^3.河南中宜创芯发展有限公司，平顶山 467000
^4.河南省碳化硅功能材料产业研究院，平顶山 467000

收稿日期:2026-04-16 出版日期:2026-08-20 发布日期:2026-08-26
通信作者: 董建勋，博士，正高级工程师。E-mail：djxun518@126.com；
皮孝东，博士，教授。E-mail：xdpi@zju.edu.cn
作者简介:王帆（2000—），男，江苏省人，硕士研究生。E-mail：17762468996@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52202189)

Growth and Properties of 360 mm Diameter Polycrystalline Silicon Carbide

WANG Fan¹^,²(), WANG Anqi¹^,², HUANG Yuanchao¹^,², YANG Zhenghong³, HAN Xuefeng¹^,², YANG Deren¹^,², PI Xiaodong¹^,²(), DONG Jianxun³^,⁴()

^1.State Key Laboratory of Silicon and Advanced Semiconductor Materials，School of Materials Science and Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China
^2.Institute of Advanced Semiconductors，Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center，Zhejiang University，Hangzhou 311200，China
^3.Henan Zhongyi Chuangxin Development Co. ，Ltd. ，Pingdingshan 467000，China
^4.Henan Institute of Silicon Carbide Functional Materials Industry，Pingdingshan 467000，China

Received:2026-04-16 Online:2026-08-20 Published:2026-08-26

摘要/Abstract

摘要： 大尺寸多晶碳化硅在半导体部件等领域具有重要的应用前景，但其高质量、大直径的生长仍面临挑战。本研究采用物理气相传输（PVT）法制备了直径约360 mm（约14英寸，1英寸=25.4 mm）的多晶碳化硅，并利用系列测试手段，对其晶粒、晶型、热导率、电阻率、载流子浓度及弹性模量等进行了表征。结果表明，所制备的多晶碳化硅表面无宏观裂纹，晶粒大小比较均匀，晶型为4H-SiC，热导率平均值约为323.8 W/（m·K），载流子浓度量级约为10¹⁷ cm^-3，弹性模量在287~311 GPa。本研究表明，大尺寸多晶碳化硅拥有均匀的导热性能及结构的完整性，有望满足半导体部件等应用所需的高性价比。

关键词: 多晶碳化硅; 物理气相传输法; 热导率; 载流子浓度; 弹性模量

Abstract: Large-size polycrystalline silicon carbide （SiC） holds significant application prospects in the fields of semiconductor components， but its growth with high quality and large diameter remains challenges. This study employed the physical vapor transport （PVT） method to fabricate polycrystalline silicon carbide with a diameter of about 360 mm （approximately 14 inches， 1 inch=25.4 mm）. A series of characterization techniques were utilized to evaluate grain structure， crystal type， thermal conductivity， electrical resistivity， carrier concentration， and elastic modulus of polycrystalline silicon carbide. The results show that the as-fabricated polycrystalline silicon carbide exhibits a macroscopically crack-free surface and relatively uniform grain size distribution. The material crystal type is identified as 4H-SiC. The average thermal conductivity is approximately 323.8 W/（m·K）， the carrier concentration is on the order of 10¹⁷ cm^-3， and the elastic modulus ranges from 287 GPa to 311 GPa. This study demonstrates that large-size polycrystalline silicon carbide possesses uniform thermal conductivity and structural integrity， which is expected to meet the demand for cost-effective materials required for semiconductor components and other applications.

Key words: polycrystalline silicon carbide; physical vapor transport method; thermal conductivity; carrier concentration; elastic modulus

中图分类号:

王帆, 王安琦, 黄渊超, 杨正宏, 韩学峰, 杨德仁, 皮孝东, 董建勋. 直径360 mm多晶碳化硅的生长及其性能研究[J]. 人工晶体学报, 2026, 55(8): 1261-1265.

WANG Fan, WANG Anqi, HUANG Yuanchao, YANG Zhenghong, HAN Xuefeng, YANG Deren, PI Xiaodong, DONG Jianxun. Growth and Properties of 360 mm Diameter Polycrystalline Silicon Carbide[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(8): 1261-1265.

图/表 4

图1 多晶碳化硅的形貌、结构与光谱表征。（a）直径约360 mm的多晶碳化硅晶锭的实物照片；（b）多晶晶粒的照片；（c）晶粒尺寸统计图；（d）晶锭不同位置的拉曼光谱（r是晶锭的半径）

Fig.1 Morphology， structure， and spectral characterization of polycrystalline silicon carbide. （a） Physical photograph of polycrystalline silicon carbide ingot with a diameter of about 360 mm；（b） photo of polycrystalline grains；（c） grain size statistics chart；（d） Raman spectra of ingot at different positions （r is the radius of ingot）

表1 多晶碳化硅晶锭不同位置的载流子浓度、迁移率及电阻率

Table 1 Carrier concentration， mobility， and resistivity of polycrystalline silicon carbide ingot at different positions

Sampling point	Carrier concentration/cm^-3	Mobility/（cm²⋅V^-1⋅s^-1）	Resistivity/（Ω⋅cm）
Center	7.009×10¹⁶	2.53	3.52
$14$ r	1.276×10¹⁷	2.32	2.10
$12$ r	1.598×10¹⁷	2.28	1.72
$34$ r	1.734×10¹⁷	2.41	1.49
Edge	1.887×10¹⁷	2.59	1.28

表1 多晶碳化硅晶锭不同位置的载流子浓度、迁移率及电阻率

Table 1 Carrier concentration， mobility， and resistivity of polycrystalline silicon carbide ingot at different positions

Sampling point	Carrier concentration/cm^-3	Mobility/（cm²⋅V^-1⋅s^-1）	Resistivity/（Ω⋅cm）
Center	7.009×10¹⁶	2.53	3.52
$14$ r	1.276×10¹⁷	2.32	2.10
$12$ r	1.598×10¹⁷	2.28	1.72
$34$ r	1.734×10¹⁷	2.41	1.49
Edge	1.887×10¹⁷	2.59	1.28

表2 多晶碳化硅晶锭不同位置的弹性模量

Table 2 Elastic modulus of polycrystalline silicon carbide ingot at different positions

Sampling point	Elastic modulus/GPa
Center	287
$14$ r	292
$12$ r	303
$34$ r	305
Edge	311

表2 多晶碳化硅晶锭不同位置的弹性模量

Table 2 Elastic modulus of polycrystalline silicon carbide ingot at different positions

Sampling point	Elastic modulus/GPa
Center	287
$14$ r	292
$12$ r	303
$34$ r	305
Edge	311

图2 （a）室温（25 ℃）下多晶碳化硅晶锭不同位置的热导率；（b）多晶碳化硅晶锭中心热导率随温度变化曲线

Fig.2 （a） Thermal conductivity of polycrystalline silicon carbide ingot at different positions under room temperature （25 ℃）；（b） temperature-dependent thermal conductivity of polycrystalline silicon carbide ingot center

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Growth and Properties of 360 mm Diameter Polycrystalline Silicon Carbide

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