SiC衬底_GaN衬底_功率电子应用

方案介绍

SiC SBD/MOSFET 与 GaN HEMT 正在替代传统硅基 IGBT 与超结 MOSFET。不同应用场景对电压等级、开关频率与衬底类型的要求差异显著，选错衬底意味着器件性能打折或成本失控。

从新能源车到 AI 服务器电源，宽禁带器件的性能上限由衬底决定。导电型 4H-SiC、半绝缘 SiC 与 GaN 外延片常备现货，我们按电压平台、开关频率与散热需求协助选型，并配套减薄、金属化与划片等后道工艺。

图 1：宽禁带功率器件的电压等级与散热能力由衬底材料决定

应用场景

从新能源车到 AI 服务器电源，不同场景对电压等级与衬底类型的要求差异显著。

能力介绍

图 2：导电型与半绝缘 SiC、GaN-on-Si 外延片按器件平台分线供应

衬底减薄

SiC/GaN 衬底减薄，控制 TTV 与翘曲，用于降低热阻、控制总高度，详见减薄 / Taiko。

导电型 / 半绝缘 SiC 与 GaN 外延片常备现货，样品片 48 小时发货
随片提供电阻率、TTV、Bow/Warp、位错密度等检测数据，支持车规追溯要求
工程师免费协助衬底选型与外延结构建议，工作日 24 小时内响应
小批量验证到量产框架的完整供应路径，配套减薄、划片等工艺服务

薄膜与金属化：欧姆接触与背金体系沉积，用于电极、背面接地与散热，详见薄膜沉积。
刻蚀：SiC、GaN 深槽与终端结构刻蚀，用于沟槽栅、结终端，详见刻蚀 / DRIE。
划片分离：激光隐形切割降低崩边，用于宽禁带管芯分离，详见激光切割。
检测与认证：颗粒、TTV、粗糙度与缺陷数据随批提供，用于车规追溯与批次放行，详见检测与认证。

衬底表面质量：功率级衬底表面可控制为 0.2μm 处颗粒数少于 5 颗、TTV 低于 2μm、表面粗糙度低于 0.2nm RMS，利于低缺陷外延生长。
来料检验：以 AFM 表面粗糙度测量、椭偏测厚与激光颗粒扫描完成来料检验，随批提供符合性证书（CoC）。
环境可靠性：可靠性测试可覆盖温度循环、HAST、高温存储与机械冲击，参照 MIL-STD 与 JEDEC 标准执行。

延伸阅读：《SiC 衬底如何重塑功率电子产业》。

参数规格

衬底类型	典型尺寸	适用器件	电压等级	典型应用
导电型 4H-SiC（N 型）	4 / 6 / 8 英寸	SiC SBD、SiC MOSFET	650V – 3300V	车主驱、光伏逆变器、充电桩
半绝缘 4H-SiC（高纯）	4 / 6 英寸	GaN-on-SiC HEMT 外延衬底	射频/高压开关	基站射频、雷达、特种电源
GaN-on-Si 外延片	6 / 8 英寸	GaN HEMT（增强型）	100V – 900V	快充、数据中心电源、车载 OBC
GaN-on-SiC 外延片	4 / 6 英寸	GaN HEMT（高频）	高频高功率	射频功放、毫米波前端

特性	Si	SiC	GaN
带隙 (eV)	1.12	3.26	3.39
临界击穿场强 (MV/cm)	0.3	2.8	3.3
电子迁移率 (cm²/V·s)	1,400	1,000	1,250（体）/ 2,000（2DEG）
热导率 (W/cm·K)	1.5	4.9	1.3（体）/ 4.9（SiC 上）
Baliga 优值	1	340	870
最高结温 (°C)	150–175	200–250	200–250
晶圆尺寸	200mm、300mm	150mm、200mm	200mm（硅基）

器件	电压 / 规格	衬底平台	配套工艺
SiC MOSFET	650V / 1200V / 1700V / 3.3kV，RDS(on) 15–80mΩ（1200V）	导电型 4H-SiC	减薄、背金、划片
SiC 肖特基 / JBS 二极管	650V / 1200V / 1700V，反向恢复电荷近零	导电型 4H-SiC	减薄、金属化
SiC 功率模块	10kW–300kW+，半桥/六单元	SiC 衬底 + AlN/Si₃N₄ 覆铜板	贴片、封装
GaN 功率 HEMT（增强型）	100V / 650V，开关可超 1MHz	200mm 硅(111) p-GaN	外延、光刻、金属化
垂直 GaN 器件（研发）	1.2kV–10kV（CAVET）	半绝缘 4H-SiC	外延、刻蚀

设备与工艺装备

设备类别	典型配置	用途
外延生长设备	SiC 外延炉、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）	SiC、GaN 外延层生长
刻蚀设备	电感耦合等离子体刻蚀机	SiC 沟槽栅与结终端结构刻蚀
薄膜与金属化设备	磁控溅射台、电子束蒸发台	欧姆接触与背金体系沉积
减薄设备	精密磨抛机、化学机械抛光机	降低热阻、控制总高度
划片设备	激光隐形切割机	宽禁带管芯分离
量测设备	颗粒扫描仪、椭偏仪、原子力显微镜、X 射线衍射仪	表面质量与缺陷数据检测

实际案例

新能源汽车

1200V 主驱逆变器衬底验证

某主驱方案按 1200V SiC MOSFET 平台，选用 6/8 英寸导电型 4H-SiC 抛光片 + SiC 外延，关注微管密度与 BPD/TSD 位错。

结果：先小批量验证外延均匀性，再逐步爬坡。

光伏储能

1500V 组串逆变器方案

面向 1500V 母线，采用 1200V/1700V SiC MOSFET 提升转换效率、缩小磁性元件。

结果：重点验证电阻率均匀性与批次一致性。

数据中心

AI 服务器 HVDC 电源

AI 机柜功率上升推动 HVDC 架构，SiC 与 GaN 进入前端整流与中间母线环节。

结果：可按高频特性与功率密度路线图选配 GaN-on-Si 8 英寸或 SiC 6 英寸。

常见问题

650V 快充方案应该选 SiC 还是 GaN？

看功率等级与频率目标：30kW 以上充电模块以 1200V SiC 为主流；650V 平台若追求高频小型化（如 100kHz 以上）可选 GaN-on-Si，追求成熟供应链与强鲁棒性则选 SiC SBD + Si MOSFET 或 SiC MOSFET。可把拓扑与开关频率发给工程师，我们给出具体衬底与外参建议。

SiC 衬底的位错密度数据可以提供吗？

可以。导电型 4H-SiC 随片提供微管密度、BPD/TSD/EPD 等缺陷检测数据；用于车规项目的批次可附 CoC 与熔体批次追溯信息，满足体系审核要求。

GaN 外延片的缓冲层结构可以定制吗？

可以。GaN-on-Si 外延片的 AlN 成核层、超晶格缓冲层、沟道层与 AlGaN 势垒层厚度均可按器件结构定制，支持 p-GaN 栅与 MIS-HEMT 两种路线，起订量与交期请联系工程师评估。

研发阶段只买几片样品，后续转量产有衔接方案吗？

有。样品阶段按现货价一片起订；进入小批量后可签订年度框架锁定产能与价格，测试片/Dummy 需求可切换到再生片体系降本，详见产线配套供应方案。

SiC 衬底的表面质量和来料检验数据能提供吗？

可以。功率级衬底可控制在 0.2μm 处颗粒少于 5 颗、TTV 低于 2μm、表面粗糙度低于 0.2nm RMS；来料经 AFM、椭偏测厚与激光颗粒扫描检验，随批提供符合性证书（CoC）与检测数据。

SiC / GaN 器件的减薄与背金工艺能一起做吗？

可以。我们提供减薄、背面金属化与激光划片的一体化配套，控制 TTV 与翘曲并完成背面接地与散热结构，详见减薄服务与薄膜沉积服务。

新能源车主驱逆变器该选什么 SiC 衬底？

主驱逆变器一般用 1200V SiC MOSFET，对应导电型 4H-SiC 衬底，常选 6/8 英寸抛光片加 SiC 外延；需重点关注微管密度与 BPD/TSD 位错。若母线更高（如 1500V 组串逆变器），可上 1700V 器件，衬底平台仍是导电型 4H-SiC。

SiC 和 GaN 分别适合什么电压和频率？

SiC 覆盖 650V–3300V，热导率 4.9 W/cm·K、耐高温，适合主驱、光伏与中高压场景；GaN 主要用于 100V–900V、开关可超 1MHz 的高频小型化场景，如快充、数据中心电源和车载 OBC。高频优先 GaN，高压高功率优先 SiC。

半绝缘 SiC 和导电型 SiC 分别用在什么器件？

导电型 4H-SiC（N 型）用于 SiC SBD 与 SiC MOSFET 等功率器件；半绝缘 4H-SiC 高纯衬底则是 GaN-on-SiC HEMT 的外延衬底，也用于垂直 GaN（CAVET）等研发器件，面向射频、高压开关与特种电源。

你们的可靠性测试能覆盖哪些项目？

可靠性测试可覆盖温度循环、HAST、高温存储与机械冲击，参照 MIL-STD 与 JEDEC 标准执行；衬底本身的表面质量（颗粒、TTV、粗糙度）与缺陷数据随批提供，可满足车规追溯与批次放行要求。

告知器件电压平台与月用量，获取衬底选型与报价

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功率电子应用：SiC / GaN 衬底解决方案