碳化硅长晶炉有什么技术难点？

长晶炉是碳化硅晶体生长的核心设备，与传统晶硅级长晶炉有相同性，炉子结构不是非常复杂，主要由炉体、加热系统、线圈传动机构、真空获得及测量系统、气路系统、降温系统、控制系统等组成，其中的热场和工艺条件决定了碳化硅晶体的质量、尺寸、导电性能等关键指标。

一方面，碳化硅晶体生长过程中温度很高，且不可实施监控，因此主要难点在于工艺本身。主要难点如下：

（1）热场控制难：密闭高温腔体监控难度高不可控制。区别于传统硅基的溶液直拉式长晶设备自动化程度高、长晶过程可观察可控制调整，碳化硅晶体在2,000℃以上的高温环境中密闭空间生长，且在生产中需要精确调控生长温度，温度控制难度高；

（2）晶型控制难：生长过程容易发生微管、多型夹杂、位错等缺陷，且相互影响和演变。微管（MP）是尺寸为几微米到数十微米的贯穿型缺陷，是器件的杀手型缺陷；碳化硅单晶包括200多种不同晶型，但仅少数几种晶体结构（4H型）才是生产所需的半导体材料，生长过程中易产生晶型转变造成多型夹杂缺陷，因此需要精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率以及气流气压等参数；此外，碳化硅单晶生长热场存在温度梯度，导致晶体生长过程中存在原生内应力及由此诱生的位错（基平面位错BPD、螺旋位错TSD、刃型位错TED）等缺陷，从而影响后续外延和器件的质量和性能。

（3）掺杂控制难：必须严格控制外部杂质的引入，从而获得定向掺杂的导电型晶体；

（4）生长速度慢：碳化硅的长晶速度非常慢，传统的硅材料只需3天就可以长成一根晶棒，而碳化硅晶棒需要7天，这就导致碳化硅生产效率天然地更低，产出非常受限。

另一方面，碳化硅外延生长的参数要求极高，包括设备的密闭性、反应室的气压稳定性、气体通入时间的精确控制、气体配比的准确性以及沉积温度的严格管理。特别是随着器件耐压等级的提升，对于外延片核心参数的控制难度显著增加。此外，随着外延层厚度的增加，如何在保证厚度的同时，控制电阻率的均匀性并降低缺陷密度，成为了另一大挑战。在电气化控制系统中，需要实现高精度的传感器和执行器的集成，以确保各项参数能够准确、稳定地得到调控。同时，控制算法的优化也至关重要，它需要能够实时地根据反馈信号调整控制策略，以适应碳化硅外延生长过程中的各种变化。

碳化硅衬底制造主要难点：
从供应端来看，对于碳化硅长晶炉而言，由于设备认证周期较长、厂商更换成本高、稳定性风险等因素，国产供应商尚未向国际主流碳化硅厂商实现设备供应。