2018年4月，北京世紀(jì)金光半導(dǎo)體有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)性的提出一種經(jīng)濟(jì)高效的碳化硅器件表面亞微米減反射結(jié)構(gòu)制作工藝，即“黑碳化硅技術(shù)”，并就該技術(shù)在APPEEC2018國(guó)際會(huì)議上發(fā)表了題為《Fabrication of broadband antireflective sub-microstructures on 4H-SiC by mesh patterning etching》的文章，引發(fā)業(yè)界轟動(dòng)。該文章為EI收錄并由澳大利亞出版社開源期刊”Energy and Power Engineering”(ISSN:1949-243X)出版發(fā)行。該技術(shù)的誕生，成功打破了關(guān)于“黑碳化硅技術(shù)”工藝難、成本高等國(guó)際性技術(shù)難題。

01
什么是黑碳化硅技術(shù)？
在SiC晶圓表面刻蝕出大面積亞微米級(jí)別（300-700nm為最佳）的納米結(jié)構(gòu)（包括納米圓錐，納米柱，金字塔結(jié)構(gòu)等），可以大幅降低晶圓表面對(duì)光的反射，同時(shí)增加透射，與硅太陽能電池中的“黑硅”技術(shù)類似，這種技術(shù)被稱為“黑碳化硅”技術(shù)。黑碳化硅技術(shù)可應(yīng)用在：（1）3C-SiC中間帶太陽能電池IBSC表面減反射，歐洲2013年投資1億歐元立項(xiàng)研發(fā)3C-SiC，作為太空用高效太陽能電池；（2）SiC紫外探測(cè)器增強(qiáng)探測(cè)效率；（3）作為高功率LED的襯底增強(qiáng)出光效率；（200流明以上的LED只有國(guó)外一些廠家能做出來，目前處于壟斷狀態(tài)，且產(chǎn)能嚴(yán)重不足。）

02
國(guó)際黑碳化硅技術(shù)研究狀況

批量生產(chǎn)制作亞微米量級(jí)的SiC表面結(jié)構(gòu)很難，歐洲和韓國(guó)有幾家研究機(jī)構(gòu)一直在嘗試，他們通過電子束光刻或者PS乙烯球自組裝掩膜刻蝕做出來一些測(cè)試結(jié)構(gòu)，但成本很高，且無法大面積大規(guī)模制作。
●丹麥皇家理工PS乙烯球自組裝掩膜刻蝕制作的6H-SiC襯底
丹麥皇家理工大學(xué)組的目的是為了制作出表面有亞微米結(jié)構(gòu)的6H-SiC襯底然后生長(zhǎng)GaN外延，制作出高出光效率的高功率LED。該方法工藝復(fù)雜成本高，難以制作出大面積均勻結(jié)構(gòu)。

●丹麥/瑞典皇家理工及德國(guó)紐倫堡大學(xué)的電子束光刻納米結(jié)構(gòu)
丹麥皇家理工，瑞典皇家理工及紐倫堡大學(xué)組采用電子束光刻方法制作出500nm左右的表面納米圓錐結(jié)構(gòu)，目的也是作為高出光效率的高功率LED的襯底。該方法非常耗費(fèi)時(shí)間，成本高，無法大規(guī)模制作。

●韓國(guó)Kwangwoon大學(xué)的大凸塊+小納米尖錐結(jié)構(gòu)
Kwangwoon University，采用光刻后RIE刻蝕方法制作出5um大周期結(jié)構(gòu)+周邊200nm左右的表面納米圓錐結(jié)構(gòu)，目的是高探測(cè)效率的紫外探測(cè)器。該方法需要光刻，成本高，減反射效果比較差。

工藝難、成本高成為國(guó)際“黑碳化硅技術(shù)”研究的難題！

03
探秘世紀(jì)金光“黑碳化硅技術(shù)”
針對(duì)SiC材料表面經(jīng)濟(jì)高效制作大面積亞微米減反射結(jié)構(gòu)的問題，北京世紀(jì)金光半導(dǎo)體有限公司器件研發(fā)中心的工藝技術(shù)團(tuán)隊(duì)積極與國(guó)外頂級(jí)研究機(jī)構(gòu)合作，開展實(shí)驗(yàn)研究，開發(fā)出一種經(jīng)濟(jì)有效的SiC材料器件表面制絨的方法，并通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，摸索出一套切實(shí)可行的工藝，并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能方便經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)SiC材料大面積表面具有被研究小組譽(yù)為“Mesh patterning etch fingerprint”的網(wǎng)格狀溝槽的亞微米結(jié)構(gòu)構(gòu)造，降低表面反射率。該網(wǎng)格狀表面納米結(jié)構(gòu)的深度約200-300nm。

SEM shows Mesh-pattern-nanostructures on whole 4 inch SiC wafer

測(cè)試表明，該結(jié)構(gòu)可以在390-800 nm的寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)使SiC器件表面反射平均降低30%以上，該方法無需光刻，只要簡(jiǎn)單的光刻膠掩蔽直接刻蝕，非常經(jīng)濟(jì)高效。

AFM test on the Mesh-patternnanostructures

Reflectance spectra for bare and ARS SiC substrates

目前，“世紀(jì)金光”通過這種方法已經(jīng)小批量生產(chǎn)出一些不同規(guī)格的具有表面微納米結(jié)構(gòu)的4H-SiC四六寸單晶片及外延片，并與國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)合作，嘗試?yán)眠@種新型SiC材料制作高效率的紫外探測(cè)器及中間帶太陽能電池，以進(jìn)一步驗(yàn)證這種SiC亞微米減反射結(jié)構(gòu)材料的性能。