中國(guó)最大碳化硅廠：重視基礎(chǔ)研究 很多人不理解

很多人不理解，說(shuō)搞產(chǎn)業(yè)化，有必要如此重視基礎(chǔ)研究嗎？而在我看來(lái)，產(chǎn)業(yè)化階段的技術(shù)水平，恰恰是基礎(chǔ)研究階段積累的體現(xiàn)。

作為新興的戰(zhàn)略先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，碳化硅是制造高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件的理想襯底材料，也是發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。

法國(guó)咨詢機(jī)構(gòu)Yole公司的報(bào)告顯示，2012年到2015年，全球碳化硅市場(chǎng)年均增長(zhǎng)率將不低于30%，2015年后全球市場(chǎng)將會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

北京天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司作為國(guó)內(nèi)首家同時(shí)也是規(guī)模最大的碳化硅單晶產(chǎn)品的制造及供應(yīng)商，擁有近300家客戶?！吨袊?guó)科學(xué)報(bào)》記者日前在采訪中發(fā)現(xiàn)，2006年公司成立以來(lái)，面對(duì)碳化硅制備過(guò)程中的諸多技術(shù)難題以及國(guó)外的技術(shù)封鎖，天科合達(dá)不僅通過(guò)自身努力縮小了與國(guó)外的技術(shù)差距，還走出了一條值得借鑒的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化之路。

應(yīng)用前景廣闊

在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，一般將硅、鍺等材料稱為第一代半導(dǎo)體材料，將砷化鎵、磷化銦等材料稱為第二代半導(dǎo)體材料，而以碳化硅為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料則被稱為第三代半導(dǎo)體材料。

如今，碳化硅已成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前沿和制高點(diǎn)，擁有廣闊的應(yīng)用前景。

首先是高亮度發(fā)光二極管（LED）。中科院物理所研究員、天科合達(dá)技術(shù)發(fā)明人陳小龍告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，由于碳化硅的熱導(dǎo)率高、晶格匹配性好，因此適用于制備大功率、高亮度的LED。

據(jù)陳小龍介紹，目前市場(chǎng)上藍(lán)寶石基的LED發(fā)光效率可以達(dá)到120流明/瓦，而使用碳化硅的LED則能得到200流明/瓦，正處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段的碳化硅基產(chǎn)品則已經(jīng)達(dá)到300流明/瓦。這種大功率、高亮度的LED，在汽車前大燈、道路照明等領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用價(jià)值。

這一點(diǎn)從碳化硅行業(yè)的龍頭企業(yè)——美國(guó)科銳（Cree）公司的收入上可見(jiàn)一斑。2013年，科銳公司LED產(chǎn)品的營(yíng)收為8億美元，產(chǎn)品毛利為3.45億美元，毛利潤(rùn)達(dá)43%。

除了高亮度LED，碳化硅還是制造電力電子器件的理想材料。陳小龍告訴記者，碳化硅具有耐高電壓、耐高溫和節(jié)能等特點(diǎn)。同時(shí)，使用碳化硅的電力電子器件，體積可以做得非常小。因此，在新能源汽車、太陽(yáng)能發(fā)電、機(jī)車牽引以及大功率輸配電等領(lǐng)域，都將發(fā)揮重要作用。

據(jù)陳小龍介紹，碳化硅還是射頻微波器件的理想襯底材料，可以提高雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗以及智能武器等的整體性能和可靠性。此外碳化硅廠，碳化硅還可以用于制作人工寶石碳化硅廠，而通過(guò)碳化硅外延生長(zhǎng)制備石墨烯的技術(shù)也吸引了不少研究者的注意。

據(jù)預(yù)測(cè)，到2019年，全球碳化硅單晶爐數(shù)量將超過(guò)3000臺(tái)，碳化硅襯底產(chǎn)量將超過(guò)200萬(wàn)片，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到20億美元，外延材料市場(chǎng)規(guī)模約10億美元。同時(shí)，碳化硅的發(fā)展還將帶動(dòng)上游單晶設(shè)備、外延設(shè)備產(chǎn)業(yè)和下游的器件以及模塊等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，規(guī)模將達(dá)數(shù)百億美元。

與國(guó)外差距日益縮小

和很多高新技術(shù)類似，我國(guó)碳化硅晶體的發(fā)展，也同樣是一個(gè)追趕國(guó)際先進(jìn)水平的過(guò)程。

據(jù)了解，早在1991年，科銳公司就推出了碳化硅晶片產(chǎn)品，而我國(guó)的碳化硅晶體研究則從上世紀(jì)90年代末才剛剛起步。不過(guò)，在國(guó)內(nèi)研究人員的努力之下，我國(guó)與國(guó)外的技術(shù)差距正在被逐漸縮小。

2011年，科銳公司發(fā)布了6英寸碳化硅晶體，并開(kāi)始小批量銷售。而國(guó)內(nèi)天科合達(dá)的4英寸碳化硅晶體2011年已經(jīng)準(zhǔn)備進(jìn)入量產(chǎn)階段，并從2013年開(kāi)始進(jìn)行6英寸碳化硅晶體的研發(fā)工作。

陳小龍告訴記者，我國(guó)與國(guó)外的技術(shù)差距正在縮短。

一路行來(lái)，陳小龍和他的團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了一系列的艱難險(xiǎn)阻。

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