中国企业实现碳化硅量产 或将替代单晶硅

近日，我国自主研制的又一款4英寸高纯半绝缘碳化硅衬底产品面世。据《科技日报》6日在济南的报道，该碳化硅项目由是山东天岳研制而成的。中国电子材料行业协会组织的专家认为，该成果国内领先，已达到国际先进水平。此前，北京某企业与中科院合作，成功研制了从2英寸到6英寸的碳化硅衬底，完成了我国碳化硅半导体从无到有的过程。如今，我国第二家企业也实现了碳化硅材料大规模量产，标志着我国碳化硅材料发展逐渐走向成熟。

观察者网查询得知，山东天岳是与山东大学材料研究中心合作的一家碳化硅生产企业。材料科技一直是制约我国军工发展的短板之一，2015年1月，观察者网曾报道，北京天科合达蓝光半导体有限公司与中科院合作成功研发6英寸碳化硅衬底，并形成了一条年产7万片碳化硅晶片的生产线，该企业一度是中国唯一一家碳化硅半导体材料生产企业。然而，材料科技的短板不仅是体现在技术上，更体现在产量上。虽然相比较下技术上有所差距，但观察者网了解到，山东天岳的新生产线将达到年产40-50万片4英寸碳化硅衬底的程度，这样巨大的规模，可能意味着我国碳化硅产品的成本降低，在产量上获得飞跃。

众所周知，目前大多数的半导体材料都是单晶硅，长期以来，我国的单晶硅主要依靠进口。相比单晶硅，碳化硅材料的制作和应用则一直很困难，当前世界上研发碳化硅器件的主要有美国、德国、瑞士、日本等国家，但直到现在碳化硅的工业应用主要是作为磨料（金刚砂）使用。瑞士ABB曾经一度成功开发出碳化硅二极管，然而在2002年，由于工艺困难、前景不明，ABB终止了碳化硅项目，可见研发难度之大。

半导体碳化硅衬底及芯片的重要战略价值,使其始终稳居美国商务部的禁运名单,这也导致我国很难从国外获得相应产品。我国第二家企业对4英寸高纯半绝缘碳化硅衬底产品的研制成功，说明我国在碳化硅晶片产品在工艺和产量上已经能摆脱对国外的依赖，走向了自主化的规模生产和普遍应用。

碳化硅物理特性与硅有很大不同。单晶碳化硅比单晶硅具有很多优越的物理特性，例如大约10倍的电场强度、大约高3倍的热导率、大约宽3倍禁带宽度、大约高一倍的饱和漂移速度。除此之外，在具体的应用上，虽然碳化硅器件的工艺难度比单晶硅大很多，但是一旦解决工艺问题，碳化硅器件制造流程短，体积重量小、抗氧化寿命长、输出功率高的特点，将使其成为远优于单晶硅的21世纪理想半导体材料。而且碳化硅材料对电力的能耗极低，按照如果年产40万片碳化硅晶片衬底的计划，仅仅应用在照明领域，每年减耗的电能就相当于节约2600万吨标准煤，是一种理想的节能材料。


由此可见，随着无线通信技术的飞速发展，对硬件系统高功率密度、快响应速度的需求日益迫切，基于碳化硅材料的晶体管在微波射频领域具有单晶硅、砷化镓器件无法比拟的优势，适合航天、微波通信、电子对抗、大容量信息处理等应用。美军第四代战斗机、电子干扰机和“宙斯盾”驱逐舰的相控阵雷达已开始换装碳化硅基微波器件产品。随着我国碳化硅晶片生产能力的增强，国产战机、战舰都将能换上新的、性能更好的“千里眼”，在质量和数量上缩小和美国的差距。

除了军用之外，民用半导体和电力领域也急需碳化硅材料。据山东天岳官方网站的介绍，这是一家成立于2010年11月，以研制、生产半导体晶片及衬底材料为主的民营企业，是山东大学产业化基地、高新技术企业、山东省品牌建设示范企业。过去，碳化硅晶片的产量只能满足军用产品的需要，该企业40万片的年产量，意味着碳化硅晶片不再是军用雷达电子设备的“特供”产品，其用途或许可以扩展到发电、输电、铁路、照明等民用领域，对国民经济发展发挥更大作用。