人工晶体学报

作者：隋占仁, 徐凌波, 崔灿, 王蓉, 杨德仁, 皮孝东, 韩学峰

单位：1.浙江理工大学物理系,浙江省光场调控技术重点实验室,杭州 310018; ；2.浙江大学杭州国际科创中心,浙江省宽禁带半导体重点实验室,杭州 311200; ；3.浙江大学材料科学与工程学院,硅材料国家重点实验室,杭州 310027

关键词：宽禁带半导体,碳化硅,顶部籽晶溶液生长法,数值模拟,有限元,晶体生长,机器学习,

基金：国家自然科学基金面上项目(61721005);国家自然科学基金青年科学基金(52202189);浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划(2022C01021,2023C01010)

宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)凭借着其高击穿场强、高热导率、耐高温、高化学稳定性和抗辐射等优异性能,在电力电子器件领域尤其是高温、高频、高功率等应用场景下有着巨大潜力。大尺寸、高质量、低成本的单晶SiC的制备是SiC相关半导体产品规模化应用的前提。顶部籽晶溶液生长(TSSG)法生长的单晶SiC有着晶体质量高、易扩径、易p型掺杂等优势,有望成为制备单晶SiC的主流方法。但目前由于该方法涉及的生长机理复杂,研究者对其内部机理的理解还不够充分,难以对TSSG生长设备和方法进行有效的改进与优化。利用计算机对TSSG法生长单晶SiC生长过程进行数值模拟被认为是对其内部机理探究的有效途径之一。本文首先回顾了TSSG法生长单晶SiC和相关数值模拟分析的发展历程,介绍了TSSG法生长单晶SiC和数值模拟的基本原理,然后介绍了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC模型涉及的主要模块、影响单晶生长的主要因素(如马兰戈尼力、浮力、电磁力等),以及对数值模型的优化方法。最后,指出了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC在未来的重点研究方向。

来源：2023年第6期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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