半绝缘碳化硅衬底：从 500 µm 到 350 µm 的演进

随着宽禁带半导体时代的到来，碳化硅（SiC）凭借其优异的热导率、高击穿电场以及出色的化学稳定性，已成为高功率、高频电子器件中的关键材料。在众多 SiC 材料类型中，半绝缘（Semi-Insulating，SI）碳化硅衬底在实现高频、高功率、低噪声电子器件方面发挥着至关重要的作用。

近年来，随着外延生长、封装技术以及热管理方案的不断进步，SiC 衬底的标准厚度已从 500 µm 逐步演进至 350 µm，在某些应用中甚至更薄。

本文将探讨这一变化背后的技术原因及行业发展趋势。

1. 什么是半绝缘碳化硅（SI-SiC）衬底？

半绝缘 SiC 衬底是一种高电阻率的单晶材料，其电阻率通常 ≥10⁵ Ω·cm。

在晶体生长过程中，会有意引入深能级杂质（如钒 V 或铬 Cr），以补偿浅能级载流子，从而使材料表现出近似绝缘的电学特性。

其主要材料优势包括：

• 高电绝缘性 —— 抑制器件之间的寄生电流通道

• 高热导率（约 370 W/m·K） —— 远高于 GaAs 或蓝宝石

• 优异的机械和化学稳定性 —— 适合高温工艺及外延生长

因此，SI-SiC 已成为 GaN-on-SiC 射频功率器件、雷达模块以及卫星通信放大器的首选衬底材料。

2. 厚度演进：从 500 µm 到 350 µm

✅ 500 µm —— 可靠的行业标准

来自 Wolfspeed、Coherent（II-VI）、ROHM 等主流厂商的商用 SI-SiC 晶圆，通常为 4H-SiC，厚度约 500 µm。

这一厚度标准可在抛光、外延、生长、光刻及搬运过程中提供充足的机械强度，同时也与现有工业设备中的晶圆搬运系统及热场设计高度匹配。

⚡ 350 µm —— 面向热优化与轻量化封装的设计

在高功率射频及毫米波应用中，器件会产生大量热通量。
为了缩短热传导路径、降低整体热阻，晶圆通常会在外延生长或器件制造完成后被减薄至约 350 µm。

这种做法可带来：

• 更低的结温

• 更高的功率密度

• 更轻量、热优化的封装结构

但需要注意的是，衬底越薄，越容易产生翘曲和破片，因此对加工工艺和搬运控制提出了更高要求。

3. 典型行业技术规格

4. 应用领域与市场趋势

GaN-on-SiC 外延衬底

SI-SiC 为 GaN 射频功率器件提供了理想平台。
其高热导率可迅速将有源层产生的热量导出，从而显著提升器件的可靠性与使用寿命。

毫米波与卫星通信

随着 5G/6G 及先进雷达系统的发展，器件工作频率持续提高。
350 µm 的薄衬底有助于降低寄生电容和信号延迟。

未来方向：更薄、更大、更纯

行业整体趋势包括：

• 更大尺寸晶圆（4 英寸 → 6 英寸及以上）

• 更薄衬底（≤300 µm）

• 更高纯度与更低缺陷密度

这些进步将有助于降低制造成本，同时实现更高功率密度和更紧凑、热效率更高的器件设计。

结论

从 500 µm 标准厚度向 350 µm 半绝缘 SiC 薄衬底的转变，体现了半导体行业在热性能优化、轻量化封装以及高频性能提升方面的不懈追求。

随着制造工艺的成熟和材料成本的下降，高纯度、薄型 SI-SiC 衬底有望成为下一代射频与功率电子器件的基础，为 5G/6G 通信、卫星系统以及电动交通等应用带来更高效率、更高可靠性和更优异的整体性能。

晶沐光电专注于高品质碳化硅衬底材料的研发与制造，可稳定供应 1–8 英寸导电型及半绝缘型碳化硅（SiC）衬底产品。晶圆尺寸、厚度及相关技术参数均可根据客户应用需求进行定制，广泛适用于射频器件、功率电子及先进半导体制造领域。