中山大学突破6吋晶体 创全国学研单位之先

国立中山大学晶体研究中心创全国学研单位之先，成功生长6吋导电型（n-type）4H碳化矽单晶。左起研究生张晨旸、郑永旺及博士后研究员李居安。（国立中山大学提供／袁庭尧高雄传真）

第三代半导体材料「碳化矽」（SiC）晶体是发展电动车、6G通讯、国防、航太、绿能的关键战略物资。国立中山大学晶体研究中心创全国学研单位之先，成功生长6吋导电型（n-type）4H碳化矽单晶，稳定性高、成本低，制成100％MIT，有助台湾产业升级、强化全球竞争力。

台湾半导体产业独步全球，居全球之冠，但在推进高功率元件、电动车及低轨卫星等先进应用的过程，却缺乏成熟的第三代半导体材料碳化矽的晶体生长技术，发展受到限制。

碳化矽在高电压和高功率的表现优异，且散热性佳，但制作困难，晶体生长的技术门槛高，需大量时间及经验，台湾目前投入生产的企业发表的生长速度约在150-200um／hr之间，晶体稳定性与良率有待提升。

国立中山大学晶体研究中心创全国学研单位之先，成功生长6吋导电型（n-type）4H碳化矽单晶。（国立中山大学提供／袁庭尧高雄传真）

中山大学材料与光电科学学系教授兼国际长周明奇指出，晶体研究中心已成功长出6吋导电型N-type 4H碳化矽SiC单晶，中心厚度为19mm，边缘约为14mm，生长速度达到370um／hr，晶体生长速度更快且具重复性，国内尚无其他研究单位或大学能做得到，标示着第三类半导体碳化矽向前推进的进程。

周明奇表示，包括生长晶体的长晶炉、存放材料的容器坩埚、热场设计、生长参数及晶体缺陷检验等，所有关键技术与设备设计、组装全部MIT，不倚赖国外厂商，上下游一条龙自主培养合作厂商生态链，从学术研发链结到产业制造，更能撙节研发生产成本。

去年研究团队导入6吋导电型（n-type）4H碳化矽长晶炉，已成功生长出6吋单晶。周明奇强调，为了从实验室迈向工业化，团队不断调整生长参数、检验晶体品质，今年2月，确认生长的6吋导电型4H碳化矽SiC单晶生长速度更快、稳定性佳且具重复性，确保未来技转厂商的市场竞争力与获利优势。

周明奇说，中山大学团队已取得碳化矽晶体生长关键突破，将进一步透过技转，为台厂补足半导体产业链最尖端的战略know-how，第一阶段将会技转至长期产学合作的企业，善用研发成果助攻产业升级。

目前4 吋、6 吋矽晶圆为市场主流尺寸，并逐渐朝向8吋转进。展望未来，周明奇指出，团队已投入8吋导电型（n-type）4H碳化矽生长设备研发设计，今年将持续推进碳化矽晶体生长核心技术，也正打造高真空环境，研发生长半绝缘碳化矽（Semi-insulating Silicon Carbide; SI.-SiC），持续为我国取得材料、制程、设备三大关键环节的自主能力。他强调，每个材料的独特性质需经多年验证，新材料欲取代或现有材料要退场，须考量多重因素，例如材料的工作环境及稳定性等。「日前媒体提到Tesla将删减碳化矽晶片的用量，原文是说耐高温的部分仍用碳化矽，而低温的部分用矽，两者分开封装。碳化矽仍是必要材料，因此电动车的须求与充电桩仍是非常巨大。」

自2004年以来，中山大学晶体研究中心积极研发晶体生长设备及相关技术，持续携手医疗、半导体、光学、雷射等产业，累积十多年高温晶体研发经验，并获得国科会及教育部高教深耕计划的经费挹注下，不断创新突破生长碳化矽晶体的核心技术，透过摄氏2300度以上的超高温生长出碳化矽晶体，是目前国内学研单位中唯一具备生长大尺寸吋SiC晶体的研究中心。此外，晶体中心也在立陶宛与拉脱维亚成立两个海外研究中心，利用晶体中心所生长的雷射晶体，与立陶宛研究单位及企业共同开发高功率薄片雷射（Thin Disc Laser TDL）系统，目前也有优异成果。