近日，我國自主研制的又一款4英寸高純半絕緣碳化硅襯底產(chǎn)品面世。據(jù)報道，該碳化硅項目由是山東天岳研制而成的。中國電子材料行業(yè)協(xié)會組織的專家認為，該成果國內(nèi)領(lǐng)先，已達到國際先進水平。此前，北京某企業(yè)與中科院合作，成功研制了從2英寸到6英寸的碳化硅襯底，完成了我國碳化硅半導體從無到有的過程。如今，我國第二家企業(yè)也實現(xiàn)了碳化硅材料大規(guī)模量產(chǎn)，標志著我國碳化硅材料發(fā)展逐漸走向成熟。
經(jīng)查詢得知，山東天岳是與山東大學材料研究中心合作的一家碳化硅生產(chǎn)企業(yè)。材料科技一直是制約我國軍工發(fā)展的短板之一，2015年1月曾報道，北京天科合達藍光半導體有限公司與中科院合作成功研發(fā)6英寸碳化硅襯底，并形成了一條年產(chǎn)7萬片碳化硅晶片的生產(chǎn)線，該企業(yè)一度是中國唯一一家碳化硅半導體材料生產(chǎn)企業(yè)。然而，材料科技的短板不僅是體現(xiàn)在技術(shù)上，更體現(xiàn)在產(chǎn)量上。雖然相比較下技術(shù)上有所差距，但據(jù)了解到，山東天岳的新生產(chǎn)線將達到年產(chǎn)40-50萬片4英寸碳化硅襯底的程度，這樣巨大的規(guī)模，可能意味著我國碳化硅產(chǎn)品的成本降低，在產(chǎn)量上獲得飛躍。
眾所周知，目前大多數(shù)的半導體材料都是單晶硅，長期以來，我國的單晶硅主要依靠進口。相比單晶硅，碳化硅材料的制作和應用則一直很困難，當前世界上研發(fā)碳化硅器件的主要有美國、德國、瑞士、日本等國家，但直到現(xiàn)在碳化硅的工業(yè)應用主要是作為磨料(金剛砂)使用。瑞士ABB曾經(jīng)一度成功開發(fā)出碳化硅二極管，然而在2002年，由于工藝困難、前景不明，ABB終止了碳化硅項目，可見研發(fā)難度之大。
半導體碳化硅襯底及芯片的重要戰(zhàn)略價值，使其始終穩(wěn)居美國商務部的禁運名單，這也導致我國很難從國外獲得相應產(chǎn)品。我國第二家企業(yè)對4英寸高純半絕緣碳化硅襯底產(chǎn)品的研制成功，說明我國在碳化硅晶片產(chǎn)品在工藝和產(chǎn)量上已經(jīng)能擺脫對國外的依賴，走向了自主化的規(guī)模生產(chǎn)和普遍應用。
碳化硅物理特性與硅有很大不同。單晶碳化硅比單晶硅具有很多優(yōu)越的物理特性，例如大約10倍的電場強度、大約高3倍的熱導率、大約寬3倍禁帶寬度、大約高一倍的飽和漂移速度。除此之外，在具體的應用上，雖然碳化硅器件的工藝難度比單晶硅大很多，但是一旦解決工藝問題，碳化硅器件制造流程短，體積重量小、抗氧化壽命長、輸出功率高的特點，將使其成為遠優(yōu)于單晶硅的21世紀理想半導體材料。而且碳化硅材料對電力的能耗極低，按照如果年產(chǎn)40萬片碳化硅晶片襯底的計劃，僅僅應用在照明領(lǐng)域，每年減耗的電能就相當于節(jié)約2600萬噸標準煤，是一種理想的節(jié)能材料。
國產(chǎn)碳化硅材料助力國產(chǎn)雷達
由此可見，隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，對硬件系統(tǒng)高功率密度、快響應速度的需求日益迫切，基于碳化硅材料的晶體管在微波射頻領(lǐng)域具有單晶硅、砷化鎵器件無法比擬的優(yōu)勢，適合航天、微波通信、電子對抗、大容量信息處理等應用。美軍第四代戰(zhàn)斗機、電子干擾機和“宙斯盾”驅(qū)逐艦的相控陣雷達已開始換裝碳化硅基微波器件產(chǎn)品。隨著我國碳化硅晶片生產(chǎn)能力的增強，國產(chǎn)戰(zhàn)機、戰(zhàn)艦都將能換上新的、性能更好的“千里眼”，在質(zhì)量和數(shù)量上縮小和美國的差距。
除了軍用之外，民用半導體和電力領(lǐng)域也急需碳化硅材料。據(jù)介紹，這是一家成立于2010年11月，以研制、生產(chǎn)半導體晶片及襯底材料為主的民營企業(yè)，是山東大學產(chǎn)業(yè)化基地、高新技術(shù)企業(yè)、山東省品牌建設示范企業(yè)。過去，碳化硅晶片的產(chǎn)量只能滿足軍用產(chǎn)品的需要，該企業(yè)40萬片的年產(chǎn)量，意味著碳化硅晶片不再是軍用雷達電子設備的“特供”產(chǎn)品，其用途或許可以擴展到發(fā)電、輸電、鐵路、照明等民用領(lǐng)域，對國民經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮更大作用。
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