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中国最大碳化硅厂:重视基础研究

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中国最大碳化硅厂:重视基础研究

发布日期:2016-02-28 00:00 来源:http://www.landsic.com.cn 点击:

很多人不理解,说搞产业化,有必要如此重视基础研究吗?而在我看来,产业化阶段的技术水平,恰恰是基础研究阶段积累的体现.作为新兴的战略先导产业,碳化硅是制造高温、高频、大功率半导体器件的理想衬底材料,也是发展第三代半导体产业的关键基础材料。法国咨询机构Yole公司的报告显示,2012年到2015年,全球碳化硅市场年均增长率将不低于30%,2015年后全球市场将会出现爆发式增长。连云港兰德碳化硅有限公司作为国内首家同时也是规模最大的碳化硅单晶产品的制造及供应商,拥有近300家客户。2006年公司成立以来,面对碳化硅制备过程中的诸多技术难题以及国外的技术封锁,连云港兰德碳化硅不仅通过自身努力缩小了与国外的技术差距,还走出了一条值得借鉴的自主创新和产业化之路。在半导体材料领域,一般将硅、锗等材料称为第一代半导体材料,将砷化镓、磷化铟等材料称为第二代半导体材料,而以碳化硅为代表的宽禁带半导体材料则被称为第三代半导体材料。

如今,碳化硅已成为全球半导体产业的前沿和制高点,拥有广阔的应用前景。首先是高亮度发光二极管(LED),由于碳化硅的热导率高、晶格匹配性好,因此适用于制备大功率、高亮度的LED。目前市场上蓝宝石基的LED发光效率可以达到120流明/瓦,而使用碳化硅的LED则能得到200流明/瓦,正处于实验室研发阶段的碳化硅基产品则已经达到300流明/瓦。这种大功率、高亮度的LED,在汽车前大灯、道路照明等领域均有重要的应用价值。碳化硅还是制造电力电子器件的理想材料,碳化硅具有耐高电压、耐高温和节能等特点。同时,使用碳化硅的电力电子器件,体积可以做得非常小。因此,在新能源汽车、太阳能发电、机车牵引以及大功率输配电等领域,都将发挥重要作用。碳化硅还是射频微波器件的理想衬底材料,可以提高雷达、通信、电子对抗以及智能武器等的整体性能和可靠性。此外,碳化硅还可以用于制作人工宝石,而通过碳化硅外延生长制备石墨烯的技术也吸引了不少研究者的注意。

据预测,到2019年,全球碳化硅单晶炉数量将超过3000台,碳化硅衬底产量将超过200万片,市场规模将达到20亿美元,外延材料市场规模约10亿美元。同时,碳化硅的发展还将带动上游单晶设备、外延设备产业和下游的器件以及模块等相关产业发展,规模将达数百亿美元。和很多高新技术类似,我国碳化硅晶体的发展,也同样是一个追赶国际先进水平的过程。

我国的碳化硅晶体研究则从上世纪90年代末才刚刚起步。不过,在国内研究人员的努力之下,我国与国外的技术差距正在被逐渐缩小。2011年,科锐公司发布了6英寸碳化硅晶体,并开始小批量销售。而国内兰德碳化硅的4英寸碳化硅晶体2011年已经准备进入量产阶段,并从2013年开始进行6英寸碳化硅晶体的研发工作。我国与国外的技术差距正在缩短。

碳化硅从2英寸、4英寸到6英寸的发展过程中,扩晶技术非常关键。而且,晶体的尺寸变大以后,温场发生很大的变化,因此带来一系列的问题,如相变等,需要投入大量的人力、物力去克服。碳化硅特有的微管等缺陷,对于材料和器件性能具有致命影响,其形成机制需要细致、深入的研究。其次,加工的碳化硅晶片厚度只有约0.4毫米,因此,在晶片直径增加以后,还需要克服晶片变形的问题。此外,碳化硅晶片要求表面非常平整,粗糙度在0.3纳米以下。这些都对碳化硅的制备形成了挑战。

如今,经过不懈努力,兰德碳化硅已经建成了碳化硅生长的生产线以及加工、检测、清洗、封装的生产线。在碳化硅研发和产业化过程中,兰德碳化硅还申请了近30项发明专利,包括3个PCT国际专利,其中已经授权发明专利接近20项。据介绍,目前兰德碳化硅正计划引入新的投资,在连云港建立晶体生产基地,并尽快实现6英寸碳化硅晶体的规模化生产。对于兰德碳化硅这些年走过的自主创新和产业化的道路,连云港兰德碳化硅有限公司全体员工颇有一番感慨。

如今,兰德碳化硅已经是国内最大的碳化硅单晶产品的制造商及供应商,拥有近300家客户,并带动了国内碳化硅半导体行业的发展,我国已初步形成了晶体、外延和器件的产业链。在我看来,兰德碳化硅能够取得这样的发展,还得益于对基础研究的充分重视。

很多人不理解,说搞产业化,有必要如此重视基础研究吗?而在我看来,产业化阶段的技术水平,恰恰是基础研究阶段积累的体现。

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