碳化硅外延技术进展：赋能新一代功率与射频器件

碳化硅（SiC）作为第三代宽禁带半导体核心材料，凭借高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率等优势，成为突破硅基器件瓶颈的关键。碳化硅外延技术是连接SiC衬底与终端器件的核心桥梁，其工艺成熟度直接决定器件性能，近年来随着技术突破，正推动功率与射频器件向高效化、小型化、高频化演进，赋能多领域革新。

一、碳化硅外延技术核心内涵与基础特性

碳化硅器件需通过外延工艺在衬底表面生长高质量单晶薄膜（外延层），以消除衬底缺陷、释放材料优势。外延分为同质外延（导电型SiC衬底生长SiC层，适用于低功率、射频器件）与异质外延（半绝缘SiC衬底生长GaN层，用于高功率器件），外延层的尺寸、晶体质量、均匀性是决定器件性能的核心指标。

目前外延片主流规格涵盖2-8英寸，大尺寸外延片是降本增效的关键，12英寸外延片单位面积芯片产出可提升3倍以上，综合成本降低约40%，成为行业竞争核心方向。

二、碳化硅外延主流生长方法及技术演进

碳化硅外延主流方法有化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）、物理气相传输（PVT）三种，CVD法为商业化主流，MBE、PVT法形成互补布局。

（一）化学气相沉积（CVD）法：主流商业化技术，工艺持续优化

CVD法在1500～1700℃反应腔室内，通过反应气体在衬底表面沉积形成外延层，可控性强、缺陷少，已实现规模化应用。近年来通过设备升级与工艺优化，外延层厚度不均匀性控制在3%以内，掺杂均匀性≤8%，芯片良率超96%。

国产化突破显著，2025年底瀚天天成发布全球首款12英寸SiC外延晶片，晶盛机电交付配套外延设备，实现“材料—设备—工艺”闭环。

（二）分子束外延（MBE）法：原子级精准控制，适配高端器件

MBE法在超高真空环境下实现原子级精准生长，外延层质量高、界面平整，适用于高端射频与特殊功率器件。近年来通过控温优化、高纯度原料选用，位错密度降至1×10⁵ cm⁻²以下，与CVD法协同应用可兼顾器件高频特性与耐压能力。

（三）物理气相传输（PVT）法：高生长速率，助力大尺寸外延

PVT法通过原料升华沉积形成外延层，生长速度快，适合大尺寸外延片制备，质量略逊于前两种方法，主要用于中低端器件。目前已实现8英寸及以上外延片稳定生长，结合抛光工艺可缩小质量差距。

三、碳化硅外延技术核心突破：尺寸、质量与成本的三重升级

近年来碳化硅外延技术呈现“大尺寸、高质量、低成本”三重趋势，2025-2026年成为关键突破期，国产化进程加速。

（一）大尺寸外延片实现跨越式突破，量产能力逐步提升

我国在大尺寸外延领域成果显著，2025年底瀚天天成发布12英寸SiC外延晶片，8英寸外延技术已成熟量产；2026年3月天成半导体制备出14英寸SiC单晶材料，为更大尺寸外延片奠定基础。

（二）外延层质量持续优化，缺陷控制达到新水平

通过工艺优化，外延层位错密度从5×10⁵ cm⁻²降至1×10⁵ cm⁻²以下，厚度均匀性优化至3%以内，部分高端产品达2%以下，掺杂均匀性控制在±5-10%，显著提升器件可靠性。

（三）国产化技术与设备突破，成本持续下探

我国已实现外延核心设备与材料国产化替代，国产设备成本较进口低30%，高纯度硅源、碳源自主供应。通过一体化生产模式提升产能利用率，外延片单位面积成本降至12美元/cm²以下，未来2-3年有望再降25%。

四、技术赋能：推动新一代功率与射频器件革新

碳化硅外延技术打破硅基器件瓶颈，推动功率与射频器件升级，广泛应用于新能源、5G/6G、航空航天等领域。

（一）赋能功率器件：高效节能，适配高端场景

基于高质量外延层的功率器件（MOSFET、IGBT等），临界击穿电场是硅基器件的10倍以上，开关损耗减少70%以上，高温稳定性优异，可提升新能源汽车续航、充电桩效率，适配高压、高温场景。目前已规模化应用，渗透率持续提升。

（二）赋能射频器件：高频高速，支撑5G/6G演进

GaN-on-SiC异质外延技术是高端射频器件核心方案，结合SiC与GaN优势，实现高功率密度、高频特性，适配5G/6G通信。在5G基站、毫米波频段、军用雷达、卫星通信等领域广泛应用，支撑通信技术演进。

五、现存瓶颈与未来发展趋势

目前仍存在瓶颈：高端外延层质量需提升，大尺寸外延批量稳定性不足；成本高于硅基技术，高端领域仍有技术壁垒；工艺兼容性不足，P型掺杂效率偏低。

未来趋势：12英寸外延片2026-2027年规模化量产，14英寸技术逐步成熟；技术路线多元化，新型方法与主流技术互补；应用场景向AI数据中心、AR眼镜延伸；国产化水平持续提升，参与全球竞争。

六、结语

碳化硅外延技术是第三代半导体产业核心支撑，目前已从“技术突破”迈入“规模普及”阶段，赋能多领域技术升级。未来随着工艺优化、成本下降，将助力我国实现第三代半导体自主可控，推动产业向高效化、高频化、绿色化发展。

晶沐光电可提供符合以下规格的碳化硅外延产品，助力新一代功率与射频器件的研发与量产。

直径（Diameter）：2inch、4inch、6inch、8inch

外延型号（Type）：N-type、P-type；

外延厚度（Epi-Thinkness）：5~30μm；

粗糙度（Ra）：Ra<1.0nm.