在第三代半导体材料中，碳化硅（SiC）凭借宽禁带、高击穿电场和优异的热导率，展现出独特优势。随着其在电动汽车、高压变换器等领域的广泛应用，SiC 器件正在深刻改变电力电子产业格局，大幅提升能效。而在这些高性能器件的制造过程中，SiC 同质外延（Homoepitaxy）起着决定性作用，它直接影响器件的性能、良率与成本，是实现产业化的关键环节。
外延（Epitaxy）是指在衬底上外延生长一层晶体薄膜，使其晶格取向与衬底保持一致。同质外延则是指外延层与衬底由相同材料组成。对于 SiC 来说，即在 SiC 衬底上生长 SiC 外延层，从而实现晶格完全匹配，最大限度地抑制结构缺陷的产生。
与异质外延（如在硅衬底上生长 GaN）相比，同质外延避免了晶格失配导致的高缺陷密度和界面质量下降问题。这使得器件能够在低缺陷密度条件下制造，具备更高的可靠性，尤其适合高压和高功率应用场景。
化学气相沉积（CVD）
目前，CVD 是实现 SiC 同质外延的核心工艺。该方法通常采用硅烷（SiH₄）与丙烷（C₃H₈）作为前驱体，在氢气氛围下，于 1600–1700°C 的高温反应腔中沉积形成 SiC 外延层。
厚度与掺杂控制
功率器件对外延层厚度与掺杂精度要求极高。外延层厚度通常在 5–100 μm 之间，需保持优良的均匀性。掺杂类型（n 型或 p 型）及浓度也必须严格控制，例如氮通常作为 n 型掺杂源，浓度范围为 10¹⁴–10¹⁶ cm⁻³。
表面形貌与缺陷控制
优质外延层需满足以下标准：
表面平整度高（RMS 粗糙度 < 1 nm）；
缺陷密度极低（如螺位错、基面位错、微管等）；
避免出现关键缺陷（如外延微管、胡萝卜缺陷），以防引发器件失效。
SiC 同质外延层已在多类核心功率器件中广泛应用，包括：
肖特基势垒二极管（SBDs）；
MOSFET 功率晶体管；
IGBT 替代型器件。
外延层性能在决定器件导通电阻、击穿电压和热稳定性方面具有决定性作用。但在产业化过程中，仍面临三大挑战：
成本压力：高纯度前驱体气体及高温 CVD 设备价格昂贵；
缺陷控制难度大：受限于衬底本征缺陷水平；
工艺一致性要求高：大尺寸晶圆（≥6 英寸）外延需依赖先进的 CVD 系统来保证均匀性。
随着 SiC 器件向更高电压等级和车规级可靠性迈进，SiC 同质外延技术正沿以下方向演进：
高生长速率 CVD（>50 μm/h），以提升产能；
低温外延工艺，降低热应力和能耗；
大尺寸晶圆外延（8 英寸 SiC 外延片），推动规模化应用；
原位缺陷监测与智能化工艺控制，实现全自动化与最优生产。
作为连接 SiC 衬底与最终功率器件的关键环节，SiC 同质外延已成为衡量电力电子产业竞争力的重要指标。随着外延技术的不断进步，SiC 将在绿色能源体系、高效电能转换及下一代智能制造中发挥愈加重要的作用。
