碳化硅單晶襯底到底是什么產(chǎn)品，能具有如此強(qiáng)大的市場吸引力？這要從第三代半導(dǎo)體材料說起。

 

上世紀(jì)60年代，以硅和鍺等元素為代表的第一代半導(dǎo)體材料，奠定了微電子產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)；進(jìn)入90年代后，隨著信息高速公路和互聯(lián)網(wǎng)興起，以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代半導(dǎo)體材料被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊、光通信和GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域。

 

“與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要支撐。”同光晶體有限公司總工程師楊昆告訴記者，碳化硅和氮化鎵是第三代半導(dǎo)體材料中的典型代表，具有高功效、高電壓、高頻率、高工作溫度、高光效的特性，目前已經(jīng)在5G、新能源、航空航天、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域應(yīng)用。

 

碳化硅單晶位于第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)鏈最前端，是高端芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。2011年，經(jīng)營著一家電力電子器件產(chǎn)品公司的鄭清超，接觸到碳化硅這一新興材料，憑借專業(yè)的技術(shù)積累和敏銳的市場前景認(rèn)知，他果斷地進(jìn)軍碳化硅行業(yè)。當(dāng)時(shí)，第三代半導(dǎo)體材料在我國的研發(fā)剛起步，在民用領(lǐng)域尚屬空白。

 

“不能總跟在人家后面跑，與其讓外國人在技術(shù)上‘卡脖子’，不如自己干。”在鄭清超看來，在第三代半導(dǎo)體材料上“彎道超車”，是打破前兩代半導(dǎo)體核心技術(shù)被國外廠商壟斷的機(jī)遇。

 

確定目標(biāo)后，鄭清超在2012年成立了同光晶體公司，從零起步，投入巨資組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)攻關(guān)搭建生產(chǎn)系統(tǒng)。碳化硅單晶屬于典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，為此，同光晶體在成立之初就注重聚智發(fā)展，產(chǎn)學(xué)研深度融合，與中科院半導(dǎo)體所密切合作，引進(jìn)李樹深、夏建白、鄭厚植院士及團(tuán)隊(duì)，先后聯(lián)合搭建“院士工作站”“博士后工作站”“SiC單晶材料與應(yīng)用研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”“第三代半導(dǎo)體材料聯(lián)合研發(fā)中心”“第三代半導(dǎo)體材料檢測平臺(tái)”等系列創(chuàng)新平臺(tái)，為企業(yè)自主駕馭碳化硅關(guān)鍵技術(shù)奠定重要?jiǎng)?chuàng)新驅(qū)動(dòng)力量。

 

“在研發(fā)初期，由于技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)單晶生產(chǎn)工藝系統(tǒng)理解不深刻，再加上氣路、水路等配套環(huán)境不匹配，試制的晶體在位錯(cuò)、應(yīng)力、微管、空洞等多個(gè)指標(biāo)上都不合格，每個(gè)指標(biāo)的改進(jìn)都異常艱難，要做上萬次試驗(yàn)才能成功。”楊昆介紹說，隨著高純碳化硅原料合成、晶型和結(jié)晶質(zhì)量控制、籽晶特殊處理等一個(gè)個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題被攻克，同光晶體形成了具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的完整技術(shù)路線。

 

幾年來，同光晶體先后承擔(dān)國家863計(jì)劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家技術(shù)改造工程等重大國家專項(xiàng)，承擔(dān)省級(jí)研究課題10余項(xiàng)，擁有專利70余項(xiàng)，其中發(fā)明專利17項(xiàng)。

 

“慢工出細(xì)活兒，企業(yè)創(chuàng)立后的前幾年，我們一直在虧錢搞研發(fā)。”同光晶體副總經(jīng)理王巍說，到2019年底，企業(yè)先后投入研發(fā)資金已近2億元，而當(dāng)年銷售收入僅1000多萬元。經(jīng)濟(jì)上的困境并未改變同光晶體“以技術(shù)創(chuàng)新為本”的發(fā)展理念，“材料領(lǐng)域是個(gè)厚積薄發(fā)的行業(yè)，耐得住性子才能有更好的發(fā)展。”