美国，大举支持SiC

来源:半导体行业观察发布时间:2023-08-231200浏览

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美国阿肯色大学获得美国国家科学基金会（NSF）1800万美元资助以及美国陆军研究实验室（ARL）的额外支持，开始建设SiC（碳化硅）研究/制造中心。SiC 是一种功能强大的半导体，在高温环境下表现良好，具有多种应用潜力，包括军事设备和通用电子产品。

负责该项目的杰出教授 Alan Mantooth 表示：“MUSiC的第一阶段将改造现有的洁净室实验室，并于 2024 年开始运营。新大楼将于 2025 年 1 月开放。竣工后， MUSiC 研究和制造设施将正式开放。”

MUSiC研究/制造设施将解决国内SiC器件生产的短缺问题。新的开放式设施将是美国首个此类设施，为外部工程研究人员提供一系列原型制作、演示和设备设计的机会。

NSF 提供的资金将用于引进基础设施、设备和技术，以及支持工作人员和研究人员。通过将阿肯色大学数十年的碳化硅研究成果与最先进的设施相结合，我们的目标是创建即使在极端温度下也能运行的电子系统，并实现更轻的重量、更快的速度和更高的能源效率。旨在实现优良SiC器件的生产。

该设施的潜在应用范围从军事/工业系统到汽车电子、交通、建筑设备、地热/太空探索等。除了促进研究之外，它还在培养下一代半导体研究人员和工程师方面发挥着重要作用，让学生能够体验对科学技术有高需求的领域。

该项目的联合首席研究员包括物理学杰出教授 Greg Salamo、电气工程副教授陈忠、曾任 X-FAB 公司 SiC 技术部主任的 John Ransom。Ransom 表示，他将代表 MUSiC 研究和制造工厂。

该设施的建立将使美国能够推进最先进的碳化硅半导体的设计和制造。Mantooth在接受采访时表示，“通过在阿肯色大学建立设施，我们希望通过以下方式解决美国半导体制造目前的缺陷。”

人才发展：MUSiC 设施将提供硅/SiC 半导体技术方面的教育和专业知识，为下一代半导体研究人员和工程师做好准备。这将培养一支能够支持半导体制造外包的熟练劳动力，并为填补过去国内供应商外包制造时出现的人才缺口提供支持。

应对小批量生产：以合理的价格实现SiC功率半导体/器件的小批量生产。为研究人员、初创企业和各种公司缩小美国半导体行业的差距，超越通常在大学实验室提供的样品级生产，到新设备、电路，我们将提供一个测试和评估设备和制造流程的平台。虽然不是为了大规模生产，但目标是实现与大规模生产制造商的工艺兼容性，以便研究人员在走向商业化时可以从小批量原型转移到大规模生产设施。

加速研发：在碳化硅制造/器件技术的学术和工业研究之间发挥关键作用。支持从创意到概念验证 (PoC) 再到功能原型的技术转型，释放 SiC 研究界的创造力并促进创新。通过全面的环境设计，我们将邀请美国国内外的研究人员合作，为这一领域的进步做出贡献。

SiC具有低损耗和高速开关的特点，有望成为功率半导体的材料。尤其是在交通运输行业（飞机、火车、汽车、无人机等），据说有助于打造更轻、更节能的系统。此外，SiC 可以在比硅高得多的温度和电压下工作，从而为传感、控制、监控系统和电力基础设施开辟了现有硅基半导体无法实现的可能性。

迄今为止，限制碳化硅器件使用的主要挑战是难以生产无缺陷晶圆。Mantooth 表示：“控制缺陷的需求正在推动 8 英寸（200 毫米）SiC 晶圆的开发，这种晶圆的制造成本甚至比硅还要高。” “然而，随着技术的发展和规模经济的实现，碳化硅将变得比现在更具成本效益，从而导致在更广泛的应用中得到采用，”他说。

Mantooth 表示，与硅相比，碳化硅器件的设计和制造面临着明显的挑战。在硅中，掺杂剂（微量杂质元素）可以在适中的工艺温度下扩散，从而可以精确控制结深度、载流子密度和迁移率。然而，SiC 的掺杂剂迁移率低且扩散有限，需要多次离子注入才能实现所需的掺杂分布和深度。这导致额外的工序和更高的成本。

此外，离子注入所需的能量妨碍了硅中使用的自对准栅极技术的直接应用。这限制了SiC集成电路的尺寸。

Mantooth 表示：“尽管面临这些挑战，阿肯色大学国家 SiC 研究与制造中心的成立预计将加速 SiC 器件的进步，并为各个领域尖端技术的发展做出贡献。”说。

在SiC领域，企业和研究机构不断致力于研发，有望取得突破和进展。Mantooth 表示：“用于更高质量起始材料的新材料和晶圆开发工艺是一个特别令人感兴趣的领域。SiC 研发生态系统的增长令人印象深刻。”

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