2018年4月，北京世紀金光半導體有限公司研發團隊首創性的提出一種經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”，并就該技術在APPEEC2018國際會議上發表了題為《Fabrication of broadband antireflective sub-microstructures on 4H-SiC by mesh patterning etching》的文章，引發業界轟動。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)出版發行。該技術的誕生，成功打破了關于“黑碳化硅技術”工藝難、成本高等國際性技術難題。

01
什么是黑碳化硅技術？
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，同時增加透射，與硅太陽能電池中的“黑硅”技術類似，這種技術被稱為“黑碳化硅”技術。黑碳化硅技術可應用在：（1）3C-SiC中間帶太陽能電池IBSC表面減反射，歐洲2013年投資1億歐元立項研發3C-SiC，作為太空用高效太陽能電池；（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只有國外一些廠家能做出來，目前處于壟斷狀態，且產能嚴重不足。）

02
國際黑碳化硅技術研究狀況

批量生產制作亞微米量級的SiC表面結構很難，歐洲和韓國有幾家研究機構一直在嘗試，他們通過電子束光刻或者PS乙烯球自組裝掩膜刻蝕做出來一些測試結構，但成本很高，且無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。該方法非常耗費時間，成本高，無法大規模制作。

●韓國Kwangwoon大學的大凸塊+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”研究的難題！

03
探秘世紀金光“黑碳化硅技術”
針對SiC材料表面經濟高效制作大面積亞微米減反射結構的問題，北京世紀金光半導體有限公司器件研發中心的工藝技術團隊積極與國外頂級研究機構合作，開展實驗研究，開發出一種經濟有效的SiC材料器件表面制絨的方法，并通過了實驗驗證，摸索出一套切實可行的工藝，并擁有自主知識產權，能方便經濟的實現SiC材料大面積表面具有被研究小組譽為“Mesh patterning etch fingerprint”的網格狀溝槽的亞微米結構構造，降低表面反射率。該網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的寬波長范圍內使SiC器件表面反射平均降低30%以上，該方法無需光刻，只要簡單的光刻膠掩蔽直接刻蝕，非常經濟高效。

AFM test on the Mesh-patternnanostructures

Reflectance spectra for bare and ARS SiC substrates

目前，“世紀金光”通過這種方法已經小批量生產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能電池，以進一步驗證這種SiC亞微米減反射結構材料的性能。