2018年4月，北京世紀金光半導體有限公司研發(fā)團隊首創(chuàng )性的提出一種經(jīng)濟高效的碳化硅器件表面亞微米減反射結構制作工藝，即“黑碳化硅技術(shù)”，并就該技術(shù)在A(yíng)PPEEC2018國際會(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(kāi)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別（300-700nm為最佳）的納米結構（包括納米圓錐，納米柱，金字塔結構等），可以大幅降低晶圓表面對光的反射，同時(shí)增加透射，與硅太陽(yáng)能電池中的“黑硅”技術(shù)類(lèi)似，這種技術(shù)被稱(chēng)為“黑碳化硅”技術(shù)。黑碳化硅技術(shù)可應用在：（1）3C-SiC中間帶太陽(yáng)能電池IBSC表面減反射，歐洲2013年投資1億歐元立項研發(fā)3C-SiC，作為太空用高效太陽(yáng)能電池；（2）SiC紫外探測器增強探測效率；（3）作為高功率LED的襯底增強出光效率；（200流明以上的LED只有國外一些廠(chǎng)家能做出來(lái)，目前處于壟斷狀態(tài)，且產(chǎn)能?chē)乐夭蛔?。?/p>

02
國際黑碳化硅技術(shù)研究狀況

批量生產(chǎn)制作亞微米量級的SiC表面結構很難，歐洲和韓國有幾家研究機構一直在嘗試，他們通過(guò)電子束光刻或者PS乙烯球自組裝掩膜刻蝕做出來(lái)一些測試結構，但成本很高，且無(wú)法大面積大規模制作。
●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構的6H-SiC襯底然后生長(cháng)GaN外延，制作出高出光效率的高功率LED。該方法工藝復雜成本高，難以制作出大面積均勻結構。

●丹麥/瑞典皇家理工及德國紐倫堡大學(xué)的電子束光刻納米結構
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構，目的也是作為高出光效率的高功率LED的襯底。該方法非常耗費時(shí)間，成本高，無(wú)法大規模制作。

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

工藝難、成本高成為國際“黑碳化硅技術(shù)”研究的難題！

03
探秘世紀金光“黑碳化硅技術(shù)”
針對SiC材料表面經(jīng)濟高效制作大面積亞微米減反射結構的問(wèn)題，北京世紀金光半導體有限公司器件研發(fā)中心的工藝技術(shù)團隊積極與國外頂級研究機構合作，開(kāi)展實(shí)驗研究，開(kāi)發(fā)出一種經(jīng)濟有效的SiC材料器件表面制絨的方法，并通過(guò)了實(shí)驗驗證，摸索出一套切實(shí)可行的工藝，并擁有自主知識產(chǎn)權，能方便經(jīng)濟的實(shí)現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構構造，降低表面反射率。該網(wǎng)格狀表面納米結構的深度約200-300nm。

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

測試表明，該結構可以在390-800 nm的寬波長(cháng)范圍內使SiC器件表面反射平均降低30%以上，該方法無(wú)需光刻，只要簡(jiǎn)單的光刻膠掩蔽直接刻蝕，非常經(jīng)濟高效。

AFM test on the Mesh-patternnanostructures

Reflectance spectra for bare and ARS SiC substrates

目前，“世紀金光”通過(guò)這種方法已經(jīng)小批量生產(chǎn)出一些不同規格的具有表面微納米結構的4H-SiC四六寸單晶片及外延片，并與國內外研究機構合作，嘗試利用這種新型SiC材料制作高效率的紫外探測器及中間帶太陽(yáng)能電池，以進(jìn)一步驗證這種SiC亞微米減反射結構材料的性能。