摘要：近日，韩国东义大学研究团队发表了一篇论文，题目为《通过改进 PVT 生长过程中的热区设计并采用更致密的石墨坩埚来提高SiC单晶的质量》，他们研究发现，通过石墨堆叠结构的热区设计，可以提高PVT法的SiC晶体生长质量，例如BPD可以从5140个/cm2降至120

近日，韩国东义大学研究团队发表了一篇论文，题目为《通过改进 PVT 生长过程中的热区设计并采用更致密的石墨坩埚来提高SiC单晶的质量》，他们研究发现，通过石墨堆叠结构的热区设计，可以提高PVT法的SiC晶体生长质量，例如BPD可以从5140个/cm2降至120个/cm2。

众所周知，低缺陷密度和低翘曲的高质量 SiC单晶衬底是降低SiC外延和器件缺陷的关键，而实现高质量SiC单晶生长的关键在于——精确控制SiC籽晶区的温度梯度，这是减少残余应变/应力、缺陷密度和翘曲的关键所在。

东义大学团队认为，PVT长晶炉难以控制热区温度梯度的原因在于，由原始石墨块制备而成的石墨坩埚，通常会在不同区域会表现出密度差异。因此，他们提出了三种不同密度的石墨坩埚的堆叠结构来生长6英寸SiC单晶，尝试通过采用更致密的石墨坩埚来稳定SiC籽晶区域的温度梯度。

石墨的热导率、电阻率和热膨胀系数等物理特性是确保在SiC晶体生长中实现最佳隔热效果的关键。为此，他们采用了具有热导率~ 100 W/mK、电阻率~ 10μΩcm和热膨胀系数4×10–6/K的石墨材料。

而石墨的隔热性能与石墨的重量（或密度）有关。为此，该团队采用了2种不同密度的石墨材料。一种密度相对较低（石墨A，密度DA或DA'），另一种密度较高（石墨B，密度DB或DB'）。密度比和密度取决于3种石墨的堆叠结构： (a)DA/DB ； (b) DA/ DA' ；(c) DB'/DA。

传统的热区石墨坩埚是由DA/DA'配置组成，而改良的热区设计则分别采用DA/DB和DB'/DA配置。

不同密度石墨坩埚堆叠配置示意图

在相同生长条件下（温度2300 °C、压力1- 40托，C面 (0001) 4H-SiC籽晶），该团队采用3种石墨坩埚分别生长了20mm厚度的SiC晶锭。

通过在480 °C熔融KOH研究结果发现：

▲DA/DA'石墨坩埚配置生长的SiC晶体的螺纹螺旋位错 (TSD)、螺纹边缘位错 (TED) 和基底面位错 (BPD)数量分别为1680个/cm2、5200个/cm2和5140个/cm2

▲DB'/DA石墨坩埚配置生长的SiC晶体的TSD、TED 和BPD数量分别为980个/cm2、3000个/cm2和120个/cm2。

可见，在DB'/DA配置的致密石墨绝缘层中，SiC晶体缺陷密度明显降低。

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