多材料Smart Cut™技术破局：从SOI到异质集成的关键跃迁
行家说三代半
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2025-12-15
通过氢离子注入与晶圆键合的精妙结合，Smart Cut™技术正从单一的硅基材料向更广阔的化合物半导体、压电材料、光学晶体等多元材料体系拓展。
随着5G/6G、光通信、量子计算等技术的飞速发展，单一硅材料已无法满足所有性能极限需求。市场对"在特定衬底上集成各种功能单晶薄层"的渴望日益迫切，推动着Smart Cut™技术的应用边界不断拓展。
在这一技术革新的浪潮中，国内产业界展现出强大的创新活力。以青禾晶元为代表的企业，通过覆盖材料、装备与工艺的全链条研发能力，正在为行业提供先进的异质集成解决方案。
技术深潜：
多材料Smart Cut™的核心突破
将Smart Cut™成功应用于多元材料组合，需要攻克因材料物理化学性质差异巨大而带来的两大核心挑战。
异质界面键合质量是关键所在。对于晶格常数、热膨胀系数迥异的材料对，传统的高温键合会引入致命的热失配应力。目前青禾晶元采用的室温表面活化键合技术，能够在超高真空环境下，通过等离子体活化去除材料表面的自然氧化层和污染物，实现高强度的永久键合界面。
在实际代工服务中，这项技术已经能够将数十种不同材料的界面空洞密度控制在无可视空洞的超低水平，为客户提供高质量的异质集成解决方案。
产业化应用：
从实验室到量产的技术路径
多材料Smart Cut™技术正在催生一系列具有产业化前景的新材料平台。
LN on SiC作为面向高频射频器件的理想衬底，通过Smart Cut™技术制备的SiC基铌酸锂薄膜衬底，已在5GHz频段展现出卓越性能。国内领先的代工服务商已经能够为客户提供谐振器品质因数（Qmax）达710，机电耦合系数（K²）大于20%的批量制备能力。
在光子集成领域，双层薄膜铌酸锂（Dual TFLN）代工工艺正在成为行业新热点。这项技术通过两次独立的Smart Cut™工艺结合原子级精度的室温键合，可实现半波电压（Vπ）降至1V以下，带宽扩展至100GHz以上的优异性能。
单晶-单晶SiC复合衬底通过先进的表面活化直接键合与离子注入剥离技术，实现了高质量SiC薄层在低成本衬底上的高效、重复利用（单晶圆使用＞30次），制造成本降低40%。基于该衬底制备的1200V SiC MOSFET器件良率＞96%，性能与可靠性达到国际先进水平。
SiC 复合衬底制备的MOSFET CP Yield Map
单晶-多晶SiC复合衬底采用创新的超原子束表面处理技术，将多晶表面优化至亚纳米级平整度，结合表面活化直接键合与离子注入剥离工艺，成功实现单晶SiC层在多晶衬底上的高效复用。该技术使衬底电阻率显著降低至1–2mΩ·cm，较传统单晶SiC电阻率降低95%以上，器件电阻率下降超10%，器件性能实现全面拉通。
单晶-多晶SiC复合衬底电阻率
多晶SiC复合衬底
工艺创新：
特色代工服务赋能产业升级
将Smart Cut™成功应用于多元材料组合，需要攻克因材料物理化学性质差异巨大而带来的两大核心挑战。
从优化成熟技术平台，到拓展新型器件功能，再到攻克前沿材料瓶颈，多材料Smart Cut™技术提供了一系列特色解决方案。
晶向SOI衬底为GaN等第三代半导体器件提供更好的晶格匹配，成功解决了高压器件的"垂直击穿"问题。目前这项工艺已经实现量产，为功率器件厂商提供了可靠的衬底选择。
6inchSOI加工数据 数据来源：青禾晶元官微
GeOI采用表面活化键合工艺，将锗薄膜键合于高阻硅衬底，无中间氧化层设计使散热效率提升40%以上。配合Smart Cut™回收工艺，使锗材料利用率提升80%，大幅降低了制造成本。
数据来源：青禾晶元官微
产业生态：
协同创新推动技术发展
多材料Smart Cut™技术的发展离不开产业链各环节的协同创新。从材料制备、设备开发到工艺优化，需要整个生态系统的紧密配合。
青禾晶元通过全链条的自主研发能力，在设备定制化、工艺灵活性和质量一致性等方面形成了独特优势。这种整体解决方案能力，使得从实验室创新到产业化应用的转化周期大幅缩短。
目前，基于Smart Cut™技术的异质集成代工服务已经支持从小批量试产到大规模量产的不同需求，为下游客户提供了更加灵活的选择空间。
未来展望：
定义异质集成新边界
多材料Smart Cut™技术正在从一个特定的工艺名词，演变为一个开放式的"材料移植平台"。其核心驱动力，始终是下游应用对器件性能永无止境的追求。
随着技术不断成熟，代工服务正在向更加专业化、精细化的方向发展。针对不同应用场景的定制化工艺解决方案，将成为下一代信息系统的重要硬件基础。
未来，随着5G-A、6G、量子计算等新兴技术的快速发展，对异质集成技术的需求将更加多样化和专业化。这为具有全链条技术能力的企业提供了广阔的发展空间，也将进一步推动整个产业的技术升级和创新发展。
本文发自【行家说三代半】，专注第三代半导体（碳化硅和氮化镓）行业观察。
