碳化硅晶體是一種性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，在信息、交通、能源、航空、航天等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。春節(jié)期間，央視新聞報(bào)道了中科院物理研究所科研團(tuán)隊(duì)們正在探索用一種新的方法生長(zhǎng)碳化硅晶體的新聞。
在物理研究所的先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室，陳小龍和同事們正在對(duì)剛剛生長(zhǎng)出來(lái)的碳化硅晶體進(jìn)行分析研究。與傳統(tǒng)的氣相法不同，這個(gè)4英寸的碳化硅晶體采用的是最新的液相法生長(zhǎng)而成。
▏中科院物理研究所研究員 陳小龍：液相法的優(yōu)點(diǎn)就是生長(zhǎng)溫度是比較低，比如說(shuō)在1700~1800攝氏度左右，那么生長(zhǎng)出來(lái)的晶體沒(méi)有微管這種大的缺陷，位錯(cuò)密度也相對(duì)比較低一些。最重要的一個(gè)好處就是它生長(zhǎng)出來(lái)的晶體良率比較高，就相當(dāng)于變相地降低了每一片的成本。
相比同類硅基器件而言，碳化硅器件具有耐高溫、耐高壓、高頻特性好、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車、光伏、軌道交通、5G通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
多年來(lái)，陳小龍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)立足自主研發(fā)，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究，突破了生長(zhǎng)設(shè)備、高質(zhì)量碳化硅晶體生長(zhǎng)和加工等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整套技術(shù)路線的自主可控。通過(guò)多年不懈攻關(guān)，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)氣相法將碳化硅晶體直徑從小于10毫米不斷增大到2英寸、4英寸、6英寸和8英寸。
▏中科院物理研究所研究員 陳小龍：在2022年上半年，我們實(shí)驗(yàn)室取得了8英寸碳化硅生長(zhǎng)的突破，但是質(zhì)量還是不夠高，還不能滿足器件對(duì)它的需求。從6寸把它發(fā)展到8寸，這樣在襯底上做出來(lái)的器件，就可以降低單個(gè)器件的襯底所占的成本，這是一個(gè)國(guó)際上發(fā)展的趨勢(shì)。
深耕碳化硅晶體生長(zhǎng)，陳小龍團(tuán)隊(duì)取得的成果帶動(dòng)國(guó)內(nèi)20多家外延、器件和模塊相關(guān)企業(yè)的成立和發(fā)展，形成碳化硅完整產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的自主可控。
▏中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員 陳小龍：2023年希望我和我的團(tuán)隊(duì)把碳化硅的晶體缺陷做得更低，在質(zhì)量上有進(jìn)一步的突破。
碳化硅晶片研發(fā)生產(chǎn)的北京天科合達(dá)，就源于物理研究所先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵核心技術(shù)轉(zhuǎn)化，目前已發(fā)展為國(guó)內(nèi)最大、國(guó)際第四的導(dǎo)電碳化硅襯底供應(yīng)商。春節(jié)期間，車間高溫爐子里正在生長(zhǎng)的，就是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的6英寸碳化硅晶體。
▏北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司總經(jīng)理 楊建：去年以來(lái)我們接到了國(guó)內(nèi)外6英寸大量的訂單和8英寸小批量的訂單，這也是需要我們?nèi)ネ瓿傻墓ぷ鳌?br/> ▏8英寸的質(zhì)量不能比6英寸的質(zhì)量低，這也是客戶給我們提出來(lái)的一個(gè)明確的要求，所有的生產(chǎn)設(shè)備需要7×24小時(shí)開著，我們春節(jié)期間也不會(huì)停工和停產(chǎn)，一直會(huì)在工作。
目前，北京天科合達(dá)已向國(guó)內(nèi)80多家企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)批量供應(yīng)晶片，并大量出口至歐美和日本等20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。瞄準(zhǔn)8英寸碳化硅下游市場(chǎng)，公司已投入大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)，力爭(zhēng)在2023年實(shí)現(xiàn)8英寸碳化硅晶片小批量生產(chǎn)和供應(yīng)。
▏北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司總經(jīng)理 楊建：在新的一年里，我們會(huì)繼續(xù)加大我們的研發(fā)投入，希望能夠在今年8英寸能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)。
近年來(lái)，下游需求帶動(dòng)下，SiC襯底正在從6英寸開始向8英寸推進(jìn)，更大的襯底尺寸，意味著單片SiC晶圓能夠制造出的芯片數(shù)量更多，晶圓邊緣浪費(fèi)減少，單芯片成本降低。
2022年3月份，爍科率先對(duì)外發(fā)布“8英寸N型SiC拋光片的小批量生產(chǎn)”以來(lái)，已有多家國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)外發(fā)布了8英寸產(chǎn)品。
“參照目前國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)在8英寸SiC襯底上的進(jìn)度，與國(guó)際領(lǐng)先水平的差距進(jìn)一步拉近。相較于6英寸襯底量產(chǎn)的7年時(shí)間差，如果進(jìn)度理想的話，8英寸SiC襯底量產(chǎn)時(shí)間與海外龍頭的差距可能會(huì)縮短至3年。”一位行業(yè)人士如是說(shuō)。
不過(guò)目前距離大規(guī)模量產(chǎn)仍有一段距離，天科合達(dá)曾在8英寸襯底產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上指出：“8英寸量產(chǎn)產(chǎn)品如何最快都要2023年小規(guī)模量產(chǎn)，送樣下游外延或器件廠商后才能做出判斷”。現(xiàn)階段從下游廠商對(duì)6英寸SiC襯底產(chǎn)品的反饋來(lái)看，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商產(chǎn)品的缺陷、良率相比海外龍頭還有一定距離。主流媒體對(duì)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的報(bào)道足以看出國(guó)家對(duì)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重視，以及對(duì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)注，2023年期待行業(yè)出現(xiàn)更多更新的“熱詞”，共同助推產(chǎn)業(yè)新發(fā)展！