【大成報記者張淑慧/高雄報導】第三代半導體材料「碳化矽」（SiC）晶體已被視為重要戰略物資，是發展電動車、6G通訊、國防、航太、綠能的關鍵要素。國立中山大學晶體研究中心創全國學研單位之先，成功生長6吋導電型（n-type）4H碳化矽單晶，在長晶爐設備、坩堝（存放材料容器）、熱場設計、長晶技術、品質檢驗等環節100%MIT，奠定晶體生長速度快、穩定性高、成本低等優勢，將透過技轉助攻台灣產業升級，強化全球市場競爭力。
碳化矽在高電壓和高功率的表現優異，且散熱性佳，但製作困難，晶體生長的技術門檻高，需大量時間及經驗，台灣目前投入生產的企業發表的生長速度約在150-200um／hr之間，晶體穩定性與良率仍有待提升。中山大學材料與光電科學學系教授兼國際長周明奇指出，晶體研究中心已成功長出六吋導電型N-type 4H碳化矽SiC單晶，中心厚度為19mm，邊緣約為14mm，生長速度達到370um／hr，「晶體生長速度更快且具重複性」，國內尚無其他研究單位或大學能做得到，標示著第三類半導體碳化矽向前推進的進程。
周明奇表示，包括生長晶體的長晶爐、存放材料的容器坩堝、熱場設計、生長參數及晶體缺陷檢驗等，所有關鍵技術與設備設計、組裝全部MIT，不倚賴國外廠商，上下游一條龍自主培養合作廠商生態鏈，從學術研發鏈結到產業製造，，更能撙節研發生產成本。
去年研究團隊導入6吋導電型（n-type）4H碳化矽長晶爐，已成功生長出6吋單晶。周明奇強調，為了從實驗室邁向工業化，團隊不斷調整生長參數、檢驗晶體品質，今年2月，確認生長的6吋導電型4H碳化矽SiC單晶生長速度更快、穩定性佳且具重複性，確保未來技轉廠商的市場競爭力與獲利優勢。
台灣半導體產業在全球擁有領先地位，但推進高功率元件、電動車及低軌衛星等先進應用的過程中，缺乏成熟的第三代半導體材料碳化矽的晶體生長技術，發展受到限制。為此，中山大學晶體研究中心近日成功研發碳化矽晶體生長關鍵突破，將進一步透過技轉，為台灣半導體產業鏈最尖端的戰略know-how補足空缺，助力產業升級。
目前4吋、6吋矽晶圓為市場主流尺寸，並逐漸朝向8吋轉進。中山大學團隊已投入8吋導電型（n-type）4H碳化矽生長設備研發設計，今年將持續推進碳化矽晶體生長核心技術，也正打造高真空環境，研發生長半絕緣碳化矽（Semi-insulating Silicon Carbide; SI.-SiC），持續為台灣取得材料、製程、設備三大關鍵環節的自主能力。
中山大學晶體研究中心自2004年以來，一直致力於研發晶體生長設備及相關技術，攜手醫療、半導體、光學、雷射等產業，累積十多年高溫晶體研發經驗，並獲得國科會及教育部高教深耕計畫的經費支持。這是目前國內學研單位中唯一具備生長大尺寸吋SiC晶體的研究中心。
周明奇教授表示，每個材料的獨特性質需經多年驗證，新材料欲取代或現有材料要退場，須考量多重因素，例如材料的工作環境及穩定性等。「日前媒體提到Tesla將刪減碳化矽晶片的用量，原文是說耐高溫的部分仍用碳化矽，而低溫的部分用矽，兩者分開封裝。碳化矽仍是必要材料，因此電動車的須求與充電樁仍是非常巨大。」
除了在國內研發，中山大學晶體研究中心還在立陶宛與拉脫維亞成立兩個海外研究中心，利用晶體中心所生長的雷射晶體，與立陶宛研究單位及企業共同開發高功率薄片雷射（Thin Disc Laser, TDL）系統，目前也有優異成果。(圖/中山大學 提供)