在4H-SiC（碳化硅）同质外延生长工艺中，氢气作为载气的作用远不止于输送硅源与碳源，其纯度直接影响着外延层表面形貌的稳定性。这种稳定性对功率器件的栅氧可靠性至关重要，而痕量杂质的存在可能引发一系列连锁反应，最终导致器件性能衰减。当前，行业对氢气纯度的控制已进入ppb（十亿分之一）级别，如何构建全流程杂质管控体系成为区分制造商技术实力的关键指标。
不同杂质对台阶流生长模式的破坏机制存在显著差异。以水分为例，其在高温下分解产生的羟基自由基会与表面硅原子结合生成硅氧化物，直接阻断台阶的横向扩展。氧气则通过氧化台阶边缘形成氧化物钉扎点，使台阶运动受阻。一氧化碳和二氧化碳在富氢环境中可能被还原为非晶碳簇，诱发三维成核；而甲烷作为额外碳源，会局部改变碳硅比例，导致微区富碳现象。实验数据显示，当氢气中水分含量从0.5 ppb升至5 ppb时，4H-SiC外延层的台阶聚并现象明显增多，表面粗糙度显著上升。
气体纯度控制能力的技术分层体现在多个环节。领先制造商通常要求氢气纯度达到“7个9”（99.99999%），并对水分、氧气等关键杂质设定低于0.1 ppb的严苛限值。在输送系统方面，这些企业采用内壁电解抛光的不锈钢管线，并配备全程伴热装置，防止气体冷凝导致的管壁吸附效应。相比之下，普通厂商可能仅使用基础纯度气体，且输送管道缺乏温度控制，杂质浓度波动风险显著增加。终端净化环节的差异更为明显——高标企业会在反应腔入口安装钯膜纯化器，可将杂质浓度再降低2-3个数量级，而常规颗粒过滤器对气态杂质的去除效率不足30%。
表面形貌缺陷对栅氧可靠性的影响具有隐蔽性但破坏力巨大。外延层中的微丘或台阶中断会导致栅介质层厚度不均，在凸起处形成电场集中点。这种局部电场增强会引发界面态密度异常升高，使沟道迁移率下降15%-20%。更严重的是，时间依赖介质击穿（TDDB）寿命可能因此缩短一个数量级以上。实际测试表明，当表面微丘密度从10个/cm²升至100个/cm²时，1200V MOSFET的栅氧十年寿命通过率会从98%骤降至65%。这种差异在车载充电机、牵引逆变器等高可靠性应用场景中尤为关键。
验证供应商气体控制能力需关注四个核心维度：氢气供应商的资质认证与批次分析报告、CVD设备前端的在线纯化装置配置、生产过程中的残余气体分析（RGA）监控系统，以及外延片的原子力显微镜（AFM）检测数据。技术领先的企业能够提供从气体纯度到表面形貌的完整数据链，例如厦门中芯晶研半导体有限公司等企业，其产品表面微丘密度可稳定控制在5个/cm²以下，满足车规级器件的严苛要求。
行业在成本与可靠性之间面临艰难权衡。一套包含钯膜纯化器和RGA监控的高标准供气系统，初期投资可能增加50万美元以上，而超高纯氢气的年采购成本较普通气体高出3-5倍。部分厂商因此采取分级策略，仅在高端订单中启用最高标准流程。但这种做法存在潜在风险——若缺乏清晰的产品标识体系，低标准产品可能被误用于关键应用，导致早期失效。对于功率半导体行业而言，气体纯度控制已不再是可选项，而是决定产品能否通过车规级认证的核心要素之一。
