科技強國在路上丨從基礎到應用 碳化硅晶體研制獲突破-當前通訊

碳化硅晶體是一種性能優異的半導體材料，在信息、交通、能源、航空、航天等領域具有重要應用。春節期間，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，研制情況如何？

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。

【資料圖】

中科院物理研究所研究員陳小龍：它的優點就是生長溫度是比較低的，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，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。

中國科學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的成立和發展，形成碳化硅完整產業鏈，實現了我國寬禁帶半導體產業的自主可控。從事碳化硅晶片研發生產的北京天科合達，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，目前已發展為國內最大、國際第四的導電碳化硅襯底供應商。春節期間，車間高溫爐子里正在生長的，就是已經實現大規模生產的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理楊建：我們也接到了國內外6英寸大量的訂單和8英寸的小批量的訂單，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，所有的生產設備需要7×24小時開著，我們春節期間也不會停工和停產，一直會在工作。

目前，北京天科合達已向國內80多家企業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。瞄準8英寸碳化硅下游市場，公司已投入大量研發經費，力爭在2023年實現8英寸碳化硅晶片小批量生產和供應。

北京天科合達半導體股份有限公司總經理楊建：在新的一年里，我們會繼續加大我們的研發投入，希望能夠在今年8英寸能夠實現批量化生產。

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。

中國地理信息產業協會副會長中科星圖總裁邵宗有：新的一年，希望我們的數字地球能夠更多服務于老百姓的生產和生活。

中科院院士中科院空天信息創新研究院院長吳一戎：我們希望有更高分辨率、更高精度的對地觀測系統上天，服務于國家的發展。

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關鍵詞： 物理研究所 生長出來 結構分析