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襯底

碳化硅襯底是第三代半導體材料中氮化鎵、碳化硅應用的基石。

碳化硅襯底以碳化硅粉末為主要原材料，經過晶體生長、晶錠加工、切割、研磨、拋光、清洗等制造過程后形成的單片材料。

按照電學性能的不同，碳化硅襯底可分為兩類：一類是具有高電阻率（電阻率≥10^5Ω·cm）的半絕緣型碳化硅襯底，另一類是低電阻率（電阻率區間為15~30mΩ·cm）的導電型碳化硅襯底。

02

外延

在碳化硅襯底上，主要使用化學氣相沉積法（CVD法）在襯底表面生成所需的薄膜材料，即形成外延片，進一步制成器件。

其中，在導電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延層制得碳化硅同質外延片，可進一步制成肖特基二極管、MosFET、IGBT等碳化硅功率器件，這些器件應用于新能源汽車的充電系統、光伏發電的逆變器、軌道交通的牽引系統、數據中心的電源管理、智能電網和航空航天等下游領域。

在半絕緣型碳化硅襯底上生長的GaN異質外延層制得碳化硅基氮化鎵（GaN-on-碳化硅）外延片，可制成HEMT等微波射頻器件。這些器件主要應用于5G通信的基站和終端設備、車載通信的智能互聯系統、國防應用的雷達和電子對抗設備、數據傳輸的高速通信網絡以及航空航天的飛行器電子系統等領域。

相比襯底，外延材料厚度、摻雜濃度均勻性好、片間一致性優、缺陷率低，有效提高了下游產品的一致性和良率。

目前的外延生產工藝，一般在碳化硅拋光片上生產外延層。依據不同器件的設計，所需的外延參數也不同。一般而言，外延的厚度越大，器件能夠承受的電壓也就越高。針對600V~6500V的應用，碳化硅外延層的厚度一般在1~40μm。目前國產6英寸碳化硅外延產已經實現商用化，8英寸量產產品正在推進中。

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切割要點

碳化硅是強共價鍵化合物（約88%共價性），具有類似金剛石的密排四面體結構，其莫氏硬度高達 9.2-9.5（僅次于金剛石10），在所有半導體材料中最高。

摻雜會引起局部晶格應變或缺陷，重摻雜可能會導致位錯密度升高或微區應力集中，使材料在機械應力下更易產生裂紋。

同時，導電型碳化硅，在切割時劃片刀摩擦可能產生局部放電（微小電火花），加劇磨粒磨損或引起熱沖擊裂紋。而半絕緣碳化硅因為無放電效應，切割過程中不會有這方面的擔憂。

切割碳化硅晶圓的核心挑戰始終是其超高硬度和脆性，選擇切割工藝時，除了重點關注碳化硅晶圓的厚度、晶體質量和減薄后的表面狀態外，還可以關注不同導電類型襯底的細微差別。

詳細切割方案請咨詢西斯特硬刀應用團隊。

西斯特科技

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