随着高效能功率电子器件与高可靠性半导体元件需求的不断增长，碳化硅（Silicon Carbide, SiC）外延晶圆已成为下一代技术的核心基材。凭借卓越的热导率、宽禁带特性及高击穿电压，SiC晶圆在性能方面远超传统硅材料。本文将系统解析SiC外延晶圆的关键特性，并说明其在功率电子、新能源汽车等领域引领创新的原因。
SiC外延晶圆是指在单晶SiC衬底上，通过外延生长工艺沉积一层高质量薄层（即外延层）。这一过程可对掺杂浓度、厚度及缺陷密度进行精确控制，非常适用于制造高性能半导体器件，如肖特基二极管（Schottky Diode）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
SiC的禁带宽度约为 3.2 eV（相比之下，硅仅约 1.1 eV）。这使得器件能够在更高电压、更高温度及更高频率下运行，并具有极低的漏电流。
优势：
热稳定性更高
高温下功率损耗更低
器件具有更高的耐压能力
SiC的热导率约为 3–4.9 W/cm·K，远高于硅材料，有助于实现更高效的散热性能，这对高功率应用尤为重要。
影响：
提高功率模块运行的可靠性
降低冷却系统需求，从而缩小整体系统体积并降低成本
SiC的击穿电场强度约为硅的 10倍（SiC约 2.8 MV/cm）。因此，基于SiC外延晶圆的器件可设计得更薄，同时仍能承受高电压。这不仅降低了导通电阻，还提高了器件效率。
随着外延生长工艺（如化学气相沉积CVD）的改进，微管（Micropipe）、基平面位错（Basal Plane Dislocation）等缺陷显著减少。高质量SiC外延晶圆通常具有：
极低的掺杂浓度波动
光滑的表面形貌（RMS粗糙度 < 1 nm）
极低的总体缺陷密度（4H-SiC可低于 1 cm⁻²）
SiC外延层可根据器件需求灵活设计：
掺杂浓度可在 ~1×10¹⁵ 至 1×10¹⁹ cm⁻³ 范围精确控制
厚度可从数微米（低电压器件）到超过100微米（高电压器件），并实现纳米级精度
凭借这些卓越特性，SiC外延晶圆在多个领域快速普及：
新能源汽车（EV）：支持更快的充电速度、更长续航及更高效的电驱系统
可再生能源：用于高效率的光伏和风能逆变器
工业电源：助力紧凑高效的电机驱动及功率转换装置
航空航天与国防：满足极端环境下运行的器件需求
随着技术对高效、小型化、耐用半导体材料需求的提升，SiC外延晶圆正处于这一变革的最前沿。凭借独特的电学、热学及结构优势，SiC外延晶圆正在定义高性能电子器件的未来。
无论是功率半导体领域的科研人员、工程师，还是产业决策者，现在都是深入探索SiC外延技术并将其应用于设计的最佳时机。
