碳化硅衬底：Dummy、Research 与 Production 级全方位对比

引言

碳化硅（Silicon Carbide，SiC）是第三代宽禁带半导体材料中最具代表性的成员之一，凭借其高击穿电场、高热导率、高电子迁移率和优异的化学稳定性，正在成为功率电子、射频通讯、新能源汽车及高端装备制造等领域的核心基础材料。

随着 SiC 技术从实验室研究逐步迈向规模化产业应用，对晶片材料质量的要求也越来越严格。为满足不同阶段的研发与生产需求，SiC 基片通常分为三大等级：Dummy 级、Research 级和 Production 级。这三种类型在缺陷密度、表面形貌、电学性能及供应稳定性等方面存在显著差异。深入理解这些差异，是科学规划研发阶段、优化成本投入、提升良率与可靠性的关键。

1. Dummy 级碳化硅（Dummy Grade SiC）

定义：
Dummy 级 SiC 基片是一种低成本、低质量的实验用晶片，主要用于设备校准、工艺预跑、清洗测试及操作员培训等环节。其重点在于验证工艺流程与设备参数，而非用于制备高性能器件。

特性：

高缺陷密度： 包含较多的螺位错（Threading Dislocations）、微管（Micropipes）及堆垛层错。

表面平整度有限： 抛光精度较低，Ra 通常 > 1 nm，表面存在微划痕或颗粒残留。

电学一致性差： 电阻率在晶片面内波动较大，不适合精密器件制造。

成本低廉、可重复使用性强： 适合用于非功能性试验及工艺稳定性验证。

典型应用：

外延系统温场和流场调试

抛光、清洗、刻蚀等设备的参数优化

制程前样片装卸、化学品兼容性测试

设备维护与工艺重复性评估

2. Research 级碳化硅（Research Grade SiC）

定义：
Research 级 SiC 基片介于实验样片与量产晶片之间，具有较高的晶体完整性与表面质量，适合科研机构和中试企业用于新结构器件设计、材料机理研究及小批量原型验证。

特性：

中等缺陷密度： 位错密度一般在 10³–10⁴ cm⁻²，显著优于 Dummy 级。

高质量表面： 采用先进的化学机械抛光（CMP），表面粗糙度可达 ~0.5 nm。

多种电学类型可选： 可提供导电型（n-type/p-type）与半绝缘型，电阻率稳定性较好。

材料稳定性优异： 适合外延生长与高温退火工艺。

典型应用：

新型器件结构验证（SiC MOSFET、JFET、HEMT、PIN、SBD 等）

工艺参数开发与氧化、离子注入、金属化研究

材料缺陷分析、发光中心研究与应力表征

小批量样品制备与性能对比测试

技术意义：
Research 级 SiC 是连接科研与产业化的桥梁，为外延工艺优化、器件设计改进及失效机理研究提供高可靠性平台。

3. Production 级碳化硅（Production Grade SiC）

定义：
Production 级 SiC 基片符合国际工业标准（如 SEMI、JEITA），满足大规模量产的严苛要求。其晶体质量、电学均匀性及表面精度均处于业内最高水平，是功率器件与射频器件商业化制造的核心材料。

特性：

超低缺陷密度： 位错密度低于 1×10³ cm⁻²，部分高端产品可达 5×10² cm⁻² 以下。

原子级平整表面： CMP 后表面无划痕、无颗粒，Ra < 0.2 nm。

高电学均匀性： 电阻率变化率 < 5%，适合高良率晶圆制造。

尺寸规格多样： 可提供 2英寸至 8英寸规格，兼容主流生产线。

批量供应稳定： 通过 ISO9001、IATF16949 等质量体系认证。

典型应用：

SiC MOSFET、SBD、JFET、IGBT 等功率器件量产

GaN-on-SiC 微波与射频放大器

高温传感器、量子器件、功率模块

新能源汽车、储能系统、智能电网及航空航天电子

行业趋势：
随着 6英寸和 8英寸 SiC 晶圆逐渐成熟，Production 级 SiC 已成为功率半导体产业链的关键资源。国际头部厂商（如 Wolfspeed、ROHM、II-VI、SiCrystal 等）正加速布局高质量 4H-SiC 与 3C-SiC 晶片生产线，以应对快速增长的市场需求。

4. 等级对比一览表

结论

选择合适的碳化硅基片等级，是实现高效研发与规模制造的战略性决策。

Dummy 级：用于早期工艺探索与设备调试，能在研发初期有效降低成本。

Research 级：为新器件结构开发、材料机理研究与工艺优化提供可靠支撑。

Production 级：保证批量生产的一致性、良率与长期可靠性，是产业化的基础。

通过建立从 Dummy → Research → Production 的材料使用体系，企业可实现研发验证—中试放大—量产交付的高效闭环，加速 SiC 技术从实验室走向市场，推动第三代半导体产业的持续发展。

晶沐光电新材料有限公司专注于新一代半导体与光电子材料的研发与产业化，致力于推动二维材料、超薄晶体及高性能器件在显示、传感、通信等领域的创新应用。公司以“让原子级科技照亮未来”为使命，与国内外多家顶尖科研院所和企业建立深度合作，共同推动先进材料从实验室走向产业化。

晶沐光电可提供不同等级的碳化硅衬底材料：Dummy 级，Research 级， Production 级。尺寸：2~8 寸。厚度：0.1~20mm.