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山西即将量产6英寸碳化硅晶片 将实现完全自主供应

2020-10-29 17:01 浏览:45 来源:山西晚报   
核心摘要:这就是我们刚刚研发成功的碳化硅晶片,直径6英寸,即将量产,将彻底摆脱国外对我国碳化硅封锁的局面,实现碳化硅的完全自主供应。10月16日,在山西转型综改示范区,山西烁科晶体公司总经理李斌自豪地说,目前,他们
 这就是我们刚刚研发成功的碳化硅晶片,直径6英寸,即将量产,将彻底摆脱国外对我国碳化硅封锁的局面,实现碳化硅的完全自主供应。”10月16日,在山西转型综改示范区,山西烁科晶体公司总经理李斌自豪地说,目前,他们公司是国内最大的碳化硅材料产业基地,生产的碳化硅半导体材料市场占有率超过50%,产能国内第一。在建项目投产后,将实现年产能15万片,规模全球前三。

2018年,山西烁科晶体公司历经11年艰苦攻关,在国内率先完成4英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底材料的工程化,一举突破国外对我国碳化硅晶体生长技术的长期封锁。如今,6英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底已经研发成功,即将量产,晶体质量接近国际水平。

碳化硅晶片是5G芯片最理想的衬底

碳化硅是碳和硅的化合物,具有耐高温、大功率、高频等天然优势,具有其他材料不具备的诸多优点,是制造高温、高频、大功率半导体器件的理想衬底。我国的碳化硅晶体研究起步较晚,20世纪90年代末才刚刚开始。但近年来,我国在碳化硅晶片领域奋力追赶,逐渐掌握了碳化硅晶片技术,从实验室走向了产业化。

碳化硅晶片能做什么?在我们熟知的电动汽车和5G通信中,碳化硅晶片发挥着举足轻重的作用。就5G基站建设来说,5G之所以传输速度快,是因为它有强大的5G芯片。而碳化硅晶片,就是5G芯片最理想的衬底。

“现在咱们家里边也有5G的一些小路由器,但它只是在室内,辐射距离很短,5G基站的辐射范围至少要达到几百米。这么高的功率,用碳化硅替代硅做射频器件,就可以让设备的体积做得更小,还能降低能量损耗、增加设备在恶劣环境下的可靠性。”山西烁科晶体有限公司副总经理魏汝省介绍道。

碳化硅晶片的另一个作用是用于制造电力电子器件,比如三极管,主要的应用领域是电动汽车。魏汝省表示:“目前,电动汽车的续航还是个问题。如果用上碳化硅晶片的话,就能在电池不变的情况下,使汽车的续航力增加10%左右。虽然碳化硅在电动汽车上的应用才刚刚起步,尚在开发中,但每生产一辆电动汽车,至少要消耗一片碳化硅,按照我国电动汽车保有量每年增长70%的速度来看,碳化硅仅在电动汽车领域就将带动一个千亿级的产业集群。”

生产高纯度碳化硅晶片犹如“蒙眼绣花”

目前,高纯度的“碳化硅”生产还是一项全球性的技术难题。“碳化硅具有十分稳定的特性,所以在一些恶劣环境下仍可稳定工作。也正是因为稳定的化学键,碳化硅生产的技术门槛非常高。”谈起碳化硅晶体研制之难,山西烁科晶体公司晶体生长部经理毛开礼列举了以下几个方面,碳化硅晶锭生长条件苛刻,需要高温、高压生长环境;晶体生长速度缓慢,产能有限,质量也相对不稳定;受到晶片生长炉尺寸限制,束缚了晶体尺寸;碳化硅属于硬脆材料,硬度仅次于金刚石,切割难度大,研磨精度难控制。

要想生产出高质量的碳化硅晶片,必须攻克这些技术难关。“碳化硅晶体是由一个种子开始一层层生长起来的,从2英寸长到4英寸再到6英寸。在这个生长过程中,晶体很容易出现缺陷。”毛开礼说,“我们的一个技术参数叫微管,它只有几至几十微米,不及头发丝粗细的微管状空洞,眼睛是看不到的。一旦出现微管,整个晶体就不合格了。由于温度太高,没办法直接测量,所以整个生长过程就如同‘蒙眼绣花’,这恰恰是晶片最核心的技术。解决这个技术难题,我们用了七八年的时间。”

在山西烁科晶体公司的碳化硅生产车间,白色的长晶炉一字排开,碳化硅晶体正在里面安静生长。毛开礼介绍:“现在,咱们所使用的粉料合成设备、长晶炉,都是自己研发、自己生产的全国产化的设备。设备的配套产品和功能元器件能满足长期、稳定、可靠使用的要求,同时节能效果好,具有连续工作高稳定性和良好精度保持性。”

半导体产业正成为山西转型发展的新引擎

一张光盘大小的形状、厚度仅0.5毫米的碳化硅晶片,从长期依赖进口、被国外“卡脖子”,到掌握批量生产技术、实现完全自主供应。近年来,山西将半导体产业作为着力打造的战略性新兴产业集群之一,在一些领域取得突破,涌现出山西烁科晶体公司等一批具有较强竞争力的企业。

中国电科二所、风华信息装备建有国内先进的半导体及新型显示产业装备制造基地;中科晶电、北纬三十八度在建的微波功率放大器、声表面波滤波器等项目,相关工艺达到国际先进水平;国惠光电是国内首家实现短波红外芯片量产的企业,产品已经应用在长光卫星上,产品出口至土耳其、俄罗斯等国家;中科潞安在紫外LED领域拥有从设备制造、外延生长到芯片制造的全套核心技术,建成了年产3000万颗紫外LED芯片生产线,成为全球最大的紫外LED芯片产业基地。

山西省工信厅近期发布的《山西省数字产业2020年行动计划》提出,山西将围绕“网、智、数、器、芯”五大领域,实施产业集群打造、龙头企业引领、支撑项目培育、关键技术突破、创新平台优化等工程,建设区域级数字产业集聚区。其中在“芯”方面将以太原、忻州为核心,以碳化硅、氮化镓第三代半导体等为重点,形成碳化硅、芯片设计、芯片制造等全产业链产品体系,打造太原、忻州半导体产业集群。

“我省半导体产业主要集聚在太原、忻州、长治等地,以太原中国电科(山西)电子信息创新产业园、忻州半导体产业园两大半导体产业园为中心,初步形成了碳化硅、砷化镓等第二、三代半导体衬底材料—芯片—封装—应用产业链条。”山西省工信厅副厅长刘勇表示,山西半导体产业影响力逐步扩大,多个细分领域跻身全国前列。在8月19日至21日举行的第二届紫外LED长治产业发展峰会期间,8个半导体产业项目落户山西,总投资30.5亿元。

小小一片碳化硅,背后蕴藏大产业。如今,半导体产业正成为山西转型发展的新引擎,将为山西高质量发展注入强大新动能。

山西晚报客户端

(责任编辑:小编)
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