半绝缘碳化硅衬底：驱动高频、功率与量子科技的“隐形引擎”

半绝缘碳化硅（Semi-Insulating Silicon Carbide，简称 SI-SiC）衬底以其高电阻率、宽禁带、高热导率和优异的击穿电场强度，在高频电子学、功率电子学及辐射探测等领域中发挥着不可替代的作用。在碳化硅的多种多型中，4H-SiC因其出色的载流子迁移率和优异的电学特性，已成为主流选择。

一、高频与微波功率器件

1. GaN-on-SiC 高电子迁移率晶体管（HEMT）

半绝缘碳化硅衬底可有效支撑GaN外延层的生长，显著降低射频损耗与寄生导电效应，从而实现更高的功率密度与能效。杜克大学、清华大学及京都大学等研究团队正在开发用于X至Ka波段的GaN-on-SiC功率放大器，面向5G基站、卫星通信及先进雷达系统。与传统的GaN-on-Si相比，GaN-on-SiC在散热性能与可靠性方面具有显著优势，已成为下一代射频前端器件的重要发展方向。

2. 基于SiC的MESFET与JFET

基于半绝缘SiC衬底制造的场效应晶体管具有更低的反馈电容与更高的增益性能。中国电子科技集团（CETC）及国防科技大学等机构正在推动国产毫米波功率器件的研发。随着毫米波通信及先进电子对抗技术的快速发展，基于SI-SiC衬底的射频器件将在未来获得更广泛的应用前景。

二、电力电子用绝缘衬底

在垂直型功率器件（如MOSFET和肖特基二极管）中，通常使用导电型4H-SiC；而半绝缘SiC则因其优异的绝缘与热学特性，成为高压功率模块理想的绝缘衬底材料：

高电压隔离能力：体电阻率超过10⁷ Ω·cm，保证模块运行安全；

优异的热性能：热导率接近铜，有利于高功率密度封装；

低寄生效应：有效降低运行过程中的漏电流及电磁干扰。

北卡罗来纳州立大学与浙江大学的研究团队正探索使用SI-SiC衬底，以提升汽车牵引驱动与工业电源系统中的热管理与可靠性。随着电动汽车（EV）与高端工业装备的快速发展，SI-SiC衬底将在高功率变换器与功率模块中得到更广泛应用。

三、探测与传感应用

1. 辐射探测器

SI-SiC具有极低的暗电流与优异的能量分辨率，广泛应用于X射线、γ射线及中子探测领域。欧洲核子研究中心（CERN）、北京大学及俄罗斯托木斯克理工大学正在开发基于SI-SiC的高能物理与核安全探测器。其卓越的抗辐照性能使其成为核电站监测及空间探测任务的理想材料。

2. 高温与高压传感器

SI-SiC可在超过600°C的高温下稳定工作，适用于航空航天发动机监测、油气勘探及地热探测等苛刻环境。美国NASA格伦研究中心与哈尔滨工业大学联合验证了其在极端环境下的长期可靠性。未来应用包括深井钻探、火箭发动机与核反应堆监测等。

四、光电子与量子器件

半绝缘碳化硅同样适用于毫米波、太赫兹及集成光电子电路，可有效降低衬底损耗、提升系统效率。近年来，研究者对4H-SiC中的深能级缺陷（如V空位与N缺陷中心）进行了深入研究，用于量子传感与单光子发射源。斯坦福大学与上海交通大学在量子通信与量子计量领域已取得重要突破，为下一代量子信息技术奠定了材料基础。

结论

作为高性能电子器件的核心基础材料，半绝缘碳化硅衬底正推动射频、功率、探测及量子技术的持续进步。随着材料生长工艺（如改进的PVT与CVD技术）及缺陷控制技术的日趋成熟，SI-SiC将在国防、能源及信息产业中获得更广泛的应用。

本公司亦向全球多所高校与科研机构提供高品质碳化硅衬底，支持前沿研究，助力下一代高性能器件的加速发展。