在半导体工业邻域,衬底材料是制造器件和集成电路的基础,其性能影响产品质量、性能与成本。常见的衬底材料有蓝宝石和碳化硅。
蓝宝石衬底
蓝宝石衬底主要成分是氧化铝(Al₂O₃)单晶,莫氏硬度9,抗刮擦磨损,高温高压下结构稳定。紫外至红外波段透光率超 85%,室温热导率 35 - 42W/m・K,低热膨胀系数,与氮化镓晶格失配率约13.8%~6%,可用缓冲层技术降低外延缺陷密度。
蓝色石衬底的优势与局限 | |
优势 | 局限 |
成本低,制备工艺完善 光学性能好,紫外至红外波段高透光率 化学性质稳定,耐高温酸碱腐蚀 机械性能优异,抗刮擦磨损 | 导电性差,无法制作垂直结构器件 热导率较低,高功率应用散热受限 晶格匹配度有待提高,外延层缺陷密度较高 加工难度大,切割抛光成本高。 |

碳化硅衬底
碳化硅衬底是碳和硅组成的化合物半导体单晶材料,适合高频高功率应用。禁带宽度大、高击穿电场强度、高饱和电子漂移速率,热导率 350 - 490W/m・K,散热能力强。
碳化硅衬底的优势与局限 | |
优势 | 局限 |
高导热性,避免芯片过热 高耐压性,提高耐压容量等工作参数 高频性能好,适合高频领域 耐高温,极限工作温度可达 600℃以上 | 成本高昂,长晶速度慢 条件苛刻,切割研磨损耗大 加工难度大,材料坚硬易碎 产能有限,供需矛盾突出 |
导电性 | 热导率 | 晶格失配率 | 制备成本 |
蓝宝石是绝缘体,无法制作垂直结构器件 | 蓝宝石热导率相对低,不利于大功率器件散热 | 蓝宝石与氮化镓晶格失配率大,热膨胀系数差异大,外延层缺陷多 | 蓝宝石制备技术成熟,成本低 |
碳化硅具有导电性,可制作垂直结构器件 | 碳化硅热导率高,大功率器件散热优势突出 | 碳化硅与氮化镓晶格失配度小,热膨胀系数接近,外延层质量高 | 碳化硅制备难度高,成本高 |
LED 照明领域
蓝宝石衬底占主导,成本低、技术成熟,PSS 技术提升发光效率,但大功率时热导率问题需解决。
功率电子领域
碳化硅衬底优势显著,是新能源汽车等应用理想选择,但成本高。
射频器件领域
碳化硅衬底应用随 5G 和雷达技术发展增长,前进广阔。
光电子领域
追求成本控制选蓝宝石衬底,追求极致性能、高功率高频率领域选碳化硅衬底。
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