中國自主研制4英寸高純碳化矽材料 大規模量產

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單晶碳化矽（SIC）和單晶矽（SI）材料性能比較（資料圖）

近日，我國自主研制的又一款4英寸高純半絕緣碳化矽襯底產品面世。據《科技日報》6日在濟南的報道，該碳化矽項目由是山東天嶽研制而成的。中國電子材料行業協會組織的專家認為，該成果國內領先，已達到國際先進水平。此前，北京某企業與中科院合作，成功研制了從2英寸到6英寸的碳化矽襯底，完成了我國碳化矽半導體從無到有的過程。如今，我國第二家企業也實現了碳化矽材料大規模量產，標誌著我國碳化矽材料發展逐漸走向成熟。

觀察者網查詢得知，山東天嶽是與山東大學材料研究中心合作的一家碳化矽生產企業。材料科技一直是制約我國軍工發展的短板之一，2015年1月，觀察者網曾報道，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6英寸碳化矽襯底，並形成了一條年產7萬片碳化矽晶片的生產線，該企業一度是中國唯一一家碳化矽半導體材料生產企業。然而，材料科技的短板不僅是體現在技術上，更體現在產量上。雖然相比較下技術上有所差距，但觀察者網了解到，山東天嶽的新生產線將達到年產40-50萬片4英寸碳化矽襯底的程度，這樣巨大的規模，可能意味著我國碳化矽產品的成本降低，在產量上獲得飛躍。

眾所周知，目前大多數的半導體材料都是單矽，長期以來，我國的單晶矽主要依靠進口。相比單晶矽，碳化矽材料的制作和應用則一直很困難，當前世界上研發碳化矽器件的主要有美國、德國、瑞士、日本等國家，但直到現在碳化矽的工業應用主要是作為磨料（金剛砂）使用。瑞士ABB曾經一度成功開發出碳化矽二極管，然而在2002年，由於工藝困難、前景不明，ABB終止了碳化矽項目，可見研發難度之大。

半導體碳化矽襯底及芯片的重要戰略價值,使其始終穩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品。我國第二家企業對4英寸高純半絕緣碳化矽襯底產品的研制成功，說明我國在碳化矽晶片產品在工藝和產量上已經能擺脫對國外的依賴，走向了自主化的規模生產和普遍應用。

碳化矽物理特性與矽有很大不同。單晶碳化矽比單晶矽具有很多優越的物理特性，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，雖然碳化矽器件的工藝難度比單晶矽大很多，但是一旦解決工藝問題，碳化矽器件制造流程短，體積重量小、抗氧化壽命長、輸出功率高的特點，將使其成為遠優於單晶矽的21世紀理想半導體材料。而且碳化矽材料對電力的能耗極低，按照如果年產40萬片碳化矽晶片襯底的計劃，僅僅應用在照明領域，每年減耗的電能就相當於節約2600萬噸標準煤，是一種理想的節能材料。

由此可見，隨著無線通信技術的飛速發展，對硬件系統高功率密度、快響應速度的需求日益迫切，基於碳化矽材料的晶體管在微波射頻領域具有單晶矽、砷化鎵器件無法比擬的優勢，適合航天、微波通信、電子對抗、大容量信息處理等應用。美軍第四代戰鬥機、電子幹擾機和“宙斯盾”驅逐艦的相控陣雷達已開始換裝碳化矽基微波器件產品。隨著我國碳化矽晶片生產能力的增強，國產戰機、戰艦都將能換上新的、性能更好的“千裏眼”，在質量和數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域也急需碳化矽材料。據山東天嶽官方網站的介紹，這是一家成立於2010年11月，以研制、生產半導體晶片及襯底材料為主的民營企業，是山東大學產業化基地、高新技術企業、山東省品牌建設示範企業。過去，碳化矽晶片的產量只能滿足軍用產品的需要，該企業40萬片的年產量，意味著碳化矽晶片不再是軍用雷達電子設備的“特供”產品，其用途或許可以擴展到發電、輸電、鐵路、照明等民用領域，對國民經濟發展發揮更大作用。

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