厚度突破300微米！浙大科创中心研制出碳化硅超厚外延薄膜

近日，浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）先进半导体研究院的皮孝东教授和王蓉研究员团队，成功“长”出了厚度超过300微米的碳化硅超厚外延薄膜，首次在国际上实现这一厚度级别的稳定制备。

它薄如蝉翼，几乎感觉不到存在；但在电力世界中，它却能稳稳“扛住”3万伏的高电压冲击。

碳化硅，作为一种比传统硅更“扛打”的材料，能耐受更高电压、温度和频率，已成为电动汽车、光伏发电等领域的“关键角色”。

“目前主流碳化硅功率器件，耐压在3300伏以内，对应厚度30微米的外延薄膜就够用了。”王蓉研究员介绍道，“但智能电网、大型船舶等应用场景，电压可能高达3万伏——相当于普通电动汽车的46倍。这要求外延薄膜的厚度从几十微米增加到300微米，相当于增厚10倍以上。”

随着厚度持续增加，材料内部会出现一种名为“肖克利型层错”的微观缺陷。它就像编织防弹衣时出现的花纹错位，平时看不见，可一旦材料处于高压、高温等工作状态，这些“错位”就会逐渐扩大，严重威胁器件可靠性。

团队从能带结构入手，揭示了该缺陷在电场下不断扩张的物理机制，并提出一项创新后处理技术：用低功率紫外光“扫描”材料表面，协同高温处理，促使缺陷内部的电子被抽取出来，让这些微观瑕疵逐渐收缩、直至消失。

300微米超厚外延的直接价值，是打开了3万伏级以上功率器件的应用大门。

我国正在建设的新型智能电网配电网电压等级在1万到3.5万伏之间、高铁接触网电压为2.75万伏、大型全电推进船舶的直流电网电压也可达数千至数万伏，这些领域，恰恰是30千伏级碳化硅器件的“用武之地”。

用上这种材料，电网的开关损耗会更低，高铁牵引系统的能耗和噪音会明显下降，船舶的电缆重量和体积也能大幅缩减。

不仅如此，这一厚度也刚好满足了量子信息和辐射探测对碳化硅材料的特殊需求。同一片材料，未来既可以守护国家电网，也可以探测外太空的未知射线。