在宽禁带半导体材料领域，碳化硅（SiC）晶体的质量直接影响着功率器件的性能表现。为实现高品质SiC晶体的制备，必须建立完善的缺陷评估体系，这涉及籽晶筛选、生长工艺优化以及外延缺陷控制等多个关键环节。目前，SiC晶体缺陷检测技术已形成破坏性和非破坏性两大技术路线，各自具有独特的应用优势和技术特点。

 

一、破坏性检测技术体系
 

1. 化学腐蚀分析法

该方法利用高温熔融碱溶液对晶片表面进行选择性腐蚀，通过不同形貌的腐蚀坑来识别位错类型。研究表明，Si面典型腐蚀坑可分为三类：近圆形（对应螺位错TEDs）、规则六边形（对应刃位错TSDs）以及特征贝壳形（对应基平面位错BPDs）。现代检测设备如三维激光共聚焦显微镜、数字图像处理系统等，能够实现腐蚀坑的自动化统计和三维重构，显著提高了位错密度测量的准确性和效率。
 

TSDs、TEDs、BPDs的腐蚀坑形貌图

2. 透射电子显微技术

TEM技术凭借其纳米级分辨率优势，可直观呈现晶体内部的微观缺陷结构。特别在异质界面分析方面，TEM能清晰观测到位错线的延伸、增殖等动态行为，为理解晶体生长过程中的缺陷演化机制提供了直接证据。该技术对BPDs向TEDs的转化、堆垛层错（SFs）的形成等关键过程具有独特的解析能力。
 

不同衍射矢量下,籽晶和生长晶体界面处位错的 TEM

二、非破坏性检测技术进展
 

1. 光谱分析技术

阴极荧光（CL）和光致发光（PL）技术通过检测缺陷相关的特征发光谱线实现无损检测。CL技术因其宽光谱探测范围（200-1600nm），特别适合宽带隙材料的缺陷分析。最新研究表明，通过低温CL测量可区分不同深能级缺陷的发光特征，实现位错类型的精准鉴别。

位错在CL图像中的原理

2. X射线衍射形貌术

同步辐射单色束X射线形貌术（SMBXT）采用高准直度的同步辐射光源，结合双晶单色器系统，可获得<1弧秒的角度分辨率。该技术通过记录样品不同布拉格角位置的衍射强度分布，可重建晶体内部的应变场和位错网络，特别适用于大尺寸晶片的全场检测。

 

PL 法检测位错。&  (a)4H-SiC 的 TSD、TMD、TED、无位错区测得的 PL 光谱；(b）,（c），（d）TED、TSD、TMD的光学显微镜图像与 PL强度映射图; (e)BPDs 的 PL 图像

3. 新型光学检测方法

（1）光应力检测技术：基于光弹性效应，通过定量测量晶体双折射分布来反映应力场与位错的对应关系，检测分辨率可达10μm级别。
（2）拉曼光谱技术：研究发现796cm-1特征峰与微管（MP）、TSDs和TEDs存在明确关联，通过共聚焦拉曼成像可实现亚表面缺陷的三维定位。

 

光应力技术对 SiC 单晶衬底的表征 &  MP、TSD、TED的拉曼散射峰位图

三、技术发展趋势
 

当前检测技术正向多模态联用方向发展，如XRT与CL的协同分析、PL与拉曼的共定位测量等。此外，人工智能技术的引入显著提升了缺陷识别的自动化水平，基于深度学习的图像处理算法可实现复杂缺陷形貌的智能分类。这些技术进步为SiC晶体生长工艺的精准调控提供了强有力的表征支撑。



四、结语

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