碳化硅晶體是一種性能優(yōu)異的半導體材料，在信息、交通、能源、航空、航天等領域具有重要應用。春節(jié)期間，央視新聞報道了中科院物理研究所科研團隊們正在探索用一種新的方法生長碳化硅晶體的新聞。
在物理研究所的先進材料與結構分析實驗室，陳小龍和同事們正在對剛剛生長出來的碳化硅晶體進行分析研究。與傳統(tǒng)的氣相法不同，這個4英寸的碳化硅晶體采用的是最新的液相法生長而成。
▏中科院物理研究所研究員 陳小龍：液相法的優(yōu)點就是生長溫度是比較低，比如說在1700~1800攝氏度左右，那么生長出來的晶體沒有微管這種大的缺陷，位錯密度也相對比較低一些。最重要的一個好處就是它生長出來的晶體良率比較高，就相當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，在電動汽車、光伏、軌道交通、5G通信等領域具有重要的應用價值。
多年來，陳小龍帶領團隊立足自主研發(fā)，從基礎研究到應用研究，突破了生長設備、高質量碳化硅晶體生長和加工等關鍵技術，實現(xiàn)了整套技術路線的自主可控。通過多年不懈攻關，科研團隊通過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，我們實驗室取得了8英寸碳化硅生長的突破，但是質量還是不夠高，還不能滿足器件對它的需求。從6寸把它發(fā)展到8寸，這樣在襯底上做出來的器件，就可以降低單個器件的襯底所占的成本，這是一個國際上發(fā)展的趨勢。
深耕碳化硅晶體生長，陳小龍團隊取得的成果帶動國內20多家外延、器件和模塊相關企業(yè)的成立和發(fā)展，形成碳化硅完整產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)了我國寬禁帶半導體產(chǎn)業(yè)的自主可控。
▏中國科學院物理研究所研究員 陳小龍：2023年希望我和我的團隊把碳化硅的晶體缺陷做得更低，在質量上有進一步的突破。
碳化硅晶片研發(fā)生產(chǎn)的北京天科合達，就源于物理研究所先進材料與結構分析實驗室的關鍵核心技術轉化，目前已發(fā)展為國內最大、國際第四的導電碳化硅襯底供應商。春節(jié)期間，車間高溫爐子里正在生長的，就是已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的6英寸碳化硅晶體。
▏北京天科合達半導體股份有限公司總經(jīng)理 楊建：去年以來我們接到了國內外6英寸大量的訂單和8英寸小批量的訂單，這也是需要我們去完成的工作。
▏8英寸的質量不能比6英寸的質量低，這也是客戶給我們提出來的一個明確的要求，所有的生產(chǎn)設備需要7×24小時開著，我們春節(jié)期間也不會停工和停產(chǎn)，一直會在工作。
目前，北京天科合達已向國內80多家企業(yè)及科研機構批量供應晶片，并大量出口至歐美和日本等20多個國家和地區(qū)。瞄準8英寸碳化硅下游市場，公司已投入大量研發(fā)經(jīng)費，力爭在2023年實現(xiàn)8英寸碳化硅晶片小批量生產(chǎn)和供應。
▏北京天科合達半導體股份有限公司總經(jīng)理 楊建：在新的一年里，我們會繼續(xù)加大我們的研發(fā)投入，希望能夠在今年8英寸能夠實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。
近年來，下游需求帶動下，SiC襯底正在從6英寸開始向8英寸推進，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，晶圓邊緣浪費減少，單芯片成本降低。
2022年3月份，爍科率先對外發(fā)布“8英寸N型SiC拋光片的小批量生產(chǎn)”以來，已有多家國內企業(yè)對外發(fā)布了8英寸產(chǎn)品。
“參照目前國內相關企業(yè)在8英寸SiC襯底上的進度，與國際領先水平的差距進一步拉近。相較于6英寸襯底量產(chǎn)的7年時間差，如果進度理想的話，8英寸SiC襯底量產(chǎn)時間與海外龍頭的差距可能會縮短至3年。”一位行業(yè)人士如是說。
不過目前距離大規(guī)模量產(chǎn)仍有一段距離，天科合達曾在8英寸襯底產(chǎn)品發(fā)布會上指出：“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6英寸SiC襯底產(chǎn)品的反饋來看，國內供應商產(chǎn)品的缺陷、良率相比海外龍頭還有一定距離。主流媒體對碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的報道足以看出國家對“雙碳”戰(zhàn)略目標實現(xiàn)的重視，以及對第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關注，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！