近期，科技部正在對各種重點(diǎn)專項(xiàng)的計(jì)劃征求意見。這些是十四五期間，國家投錢的一些地方，還是值得參考一下的。
其中，碳化硅這種物質(zhì)以不同的形態(tài)在各個(gè)領(lǐng)域中出現(xiàn)，從設(shè)備、單晶、陶瓷、外延、器件、應(yīng)用，是一種不折不扣的熱門材料。
下面，是一些例子。
在“高性能制造技術(shù)與重大裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)中，涉及到碳化硅半導(dǎo)體設(shè)備。
名稱
第三代半導(dǎo)體高性能碳化硅單晶制備和外延工藝及成套裝備
研究內(nèi)容
建立大尺寸反應(yīng)室熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，突破高溫真空低漏率、耐高溫耐腐蝕材料及老化特性、中頻熱場精確控制和擴(kuò)徑生長、膜厚及表面形貌的高精度實(shí)時(shí)監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)。
研制反應(yīng)室及加熱、大尺寸高效能碳化硅單晶生長、碳化硅高性能外延生長等關(guān)鍵裝備，實(shí)現(xiàn)6英寸碳化硅單晶生長和外延裝備的國產(chǎn)化和批量應(yīng)用，推動(dòng)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
考核指標(biāo)
6英寸半絕緣碳化硅單晶生長裝備：最高溫度≥2400℃，控溫精度±1℃以內(nèi)；
控壓精度±1%以內(nèi)；
單晶生長速率≥1cm/100h，單位能耗≤3500kW·h/kg。
6英寸碳化硅外延裝備：最高溫度≥1700℃，控溫精度±1℃以內(nèi)，溫度不均勻性≤2℃，漏率≤1.0^-9mbar·L/s；
平均無故障工作時(shí)間≥1000h，平均修復(fù)時(shí)間≤8h；
襯底表面粗糙度Ra≤0.2nm，外延片摻雜濃度不均勻性≤3%，最高生長速率≥50μm/h，表面形貌缺陷密度≤0.5個(gè)/cm2 。
技術(shù)成熟度達(dá)到8級以上；
申請發(fā)明專利≥10 項(xiàng)，制定裝備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)≥4項(xiàng)；
形成在 5G 通信、新能源汽車、空間抗輻射等領(lǐng)域應(yīng)用≥10 臺(tái)套。
在“新型顯示與戰(zhàn)略性電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)中，涉及到碳化硅晶體、器件。
名稱
大尺寸SiC單晶襯底制備產(chǎn)業(yè)化技術(shù)
研究內(nèi)容
研究大尺寸4H-SiC單晶生長與電學(xué)性能控制技術(shù)，有效提升電學(xué)性質(zhì)一致性和可靠性；
研究 SiC 單晶生長的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，研究晶體生長過程中雜質(zhì)、多相和缺陷控制技術(shù)，推進(jìn)大尺寸、低成本 SiC 單晶的產(chǎn)業(yè)化。
針對 SiC襯底加工工藝和表面質(zhì)量、面型參數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問題，研究高效、低損耗的加工技術(shù)和大尺寸 SiC 單晶襯底表面粗糙度控制技術(shù)。
考核指標(biāo)
實(shí)現(xiàn)6英寸SiC襯底材料規(guī)模化生產(chǎn)，6英寸SiC襯底（004）晶面的 XRD搖擺曲線半峰寬＜45arcsec，TTV＜10μm，WARP＜30μm，表面粗糙度＜0.2nm；
其中半絕緣SiC襯底的微管密度＜0.3cm-2，電阻率≥1×10^10Ω? cm；
導(dǎo)電襯底的微管密度＜0.1cm-2，電阻率＜0.025Ω?cm，基平面缺陷密度＜1000個(gè)/cm2；
8英寸SiC單晶直徑大于200mm，4H晶型比例大于95%，使用面積大于90%，XRD半峰寬＜60arcsec；
申請發(fā)明專利≥10件，制定國家/行業(yè)/團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)≥2項(xiàng)。
名稱
面向新能源汽車應(yīng)用的SiC功率電子材料與器件
研究內(nèi)容
針對電動(dòng)汽車對大電流、高可靠性功率電子材料、芯片的需求，開展車規(guī)級 SiC 功率電子外延材料、芯片、封裝技術(shù)研究及示范應(yīng)用。
研究高質(zhì)量、低缺陷密度 SiC 外延材料生長和量產(chǎn)技術(shù)；
開展 SiC MOSFET 和二極管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，攻克高可靠柵極氧化、低損傷離子注入等關(guān)鍵器件工藝，開發(fā)低比導(dǎo)通電阻、高可靠的 SiC MOSFET/二極管集成功率芯片；
研究提升芯片制造良率的方法和技術(shù)，攻克大面積 SiC 芯片制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；
研究低寄生參數(shù)模塊設(shè)計(jì)方法、高性能散熱材料和封裝工藝，開發(fā)高頻、高功率密度、高散熱性能、高可靠性 SiC 功率模塊；
開發(fā)基于 SiC 模塊的高功率密度車用變流器，提升整車效率和動(dòng)力性能，實(shí)現(xiàn)在新能源汽車中的示范應(yīng)用。
考核指標(biāo)
實(shí)現(xiàn)車規(guī)級 SiC 功率電子外延材料、芯片產(chǎn)業(yè)化，開發(fā)出 1200 V 電壓等級的大電流高可靠性 SiC 功率電子芯片，MOSFET 器件閾值電壓≥3 V，溝道遷移率≥25 cm 2 /V·s，短路時(shí)間≥5 ?s，比導(dǎo)通電阻＜3 mΩ·cm 2 ，單芯片導(dǎo)通電流≥200 A；
開發(fā)出1200V電壓等級大電流、低熱阻SiC功率模塊，電流≥800A；
開發(fā)出基于 SiC 模塊的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，功率密度≥40 kW/L，最高效率≥99%，實(shí)現(xiàn)全國產(chǎn) SiC 模塊在新能源汽車上的示范應(yīng)用；
申請發(fā)明專利≥10 件，制定國家/行業(yè)/團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)≥2 項(xiàng)。
名稱
中高壓 SiC 超級結(jié)電荷平衡理論研究及器件研制
研究內(nèi)容
研究 SiC 超級結(jié)結(jié)構(gòu)的電荷平衡理論和電場調(diào)控機(jī)制；
研究超級結(jié)器件結(jié)構(gòu)參數(shù)對器件性能的影響規(guī)律和機(jī)制，探索具有低比導(dǎo)通電阻的器件結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法；
研究具有高電場調(diào)控能力的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)；研發(fā)高深寬比超級結(jié)器件關(guān)鍵工藝技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法；
研制低比導(dǎo)通電阻的 SiC 中高壓超級結(jié)器件；
研究超級結(jié)器件的可靠性并進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。
考核指標(biāo)
建立起 SiC 超級結(jié)器件的電荷平衡基礎(chǔ)理論，揭示器件結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝條件對電荷平衡效果的影響規(guī)律和機(jī)制；
超級結(jié)結(jié)構(gòu)深寬比≥5:1，器件阻斷電壓≥3.3 kV，室溫下比導(dǎo)通電阻≤6 mΩ·cm 2 ；
申請發(fā)明專利≥5 件。
在“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)中，涉及碳化硅器件。
名稱
基于新材料和新器件的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)
研究內(nèi)容
研究基于銅合金和銅/納米管等復(fù)合材料的高性能超級銅線及電機(jī)繞組制備技術(shù)。
探索大電流 SiC MOSFET 芯片載流子輸運(yùn)性能高溫驟降機(jī)理和抑制柵介質(zhì)界面缺陷等可靠性增強(qiáng)方法，研究超低雜散參數(shù)/高效散熱的SiC 模塊與組件協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料與器件優(yōu)化。
研究SiC 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)新結(jié)構(gòu)、多物理場集成和全域高效控制方法，研究 SiC 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁兼容特性及抑制方法，解決SiC電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在高密度集成和高效控制的基礎(chǔ)科學(xué)問題。
開展新型電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)測試與分析，完成電驅(qū)系統(tǒng)前沿技術(shù)對標(biāo)評價(jià)；
開展車用服役條件下電驅(qū)系統(tǒng)功率器件、電機(jī)絕緣和軸承等系統(tǒng)致命故障檢測、診斷和預(yù)測方法研究，形成電驅(qū)系統(tǒng)健康管理技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
考核指標(biāo)
在保證延展率和絕緣層依附性等參數(shù)不變條件下，超級銅線 180℃下電阻率比銅線降低 20%，強(qiáng)度比普通銅線提高 10%；
1200V 單芯片通流能力≥250A，導(dǎo)通壓降≤2.5V @250A/150℃，最高結(jié)溫 250℃；
SiC 電機(jī)控制器峰值功率密度≥70kW/L @峰值功率 300kW，EMC 達(dá) CISPR 等級4 要求；
提交電驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)品對標(biāo)測試與技術(shù)分析報(bào)告共 5 份，每年樣本量 2 套，提交電驅(qū)系統(tǒng)健康管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 1 項(xiàng)。
在”先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”重點(diǎn)專項(xiàng)中，涉及到各種碳化硅陶瓷材料。
名稱
400km/h 高速列車用碳陶（C/C-SiC）制動(dòng)盤及配對閘片關(guān)鍵技術(shù)
研究內(nèi)容
針對 400km/h 高速列車應(yīng)用需求，研究高導(dǎo)熱高強(qiáng)韌性碳陶（C/C-SiC）復(fù)合材料制動(dòng)盤承載與摩擦功能一體化設(shè)計(jì)及其近尺寸制備技術(shù)；
開發(fā)碳陶制動(dòng)盤與鋼質(zhì)車輪/盤轂高溫緊固連接技術(shù)；
開發(fā)碳陶制動(dòng)盤配對閘片材料配方及閘片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備技術(shù)；
開展碳陶制動(dòng)盤及其配對閘片 1:1 臺(tái)架試驗(yàn)及其失效評價(jià)方法研究，建立 400~450km/h高速列車碳陶制動(dòng)盤及配對閘片的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
考核指標(biāo)
碳陶復(fù)合材料密度≤2.5g/cm 3 ，抗壓強(qiáng)度≥180MPa，抗彎強(qiáng)度≥120MPa，可抗25g 時(shí)速 600km/h 石頭沖擊。
碳陶制動(dòng)盤滿足《動(dòng)車組制動(dòng)盤暫行技術(shù)條件》（TJ/CL310-2014）要求，輪盤（外徑 750mm、盤厚 46.5mm）≤45Kg，軸盤（外徑 640mm、盤厚 80mm）≤35Kg，比鋼盤減重 60%以上；
閘片滿足《動(dòng)車組閘片暫行技術(shù)條件》 （TJ/CL307-2019）要求，磨耗量≤0.35 cm 3 /MJ；
碳陶制動(dòng)盤與配對閘片的使用壽命比目前高鐵使用的制動(dòng)盤/閘片提高 30%以上。初速度 400km/h 時(shí)，緊急制動(dòng)距離≤10500m，摩擦系數(shù)≥0.32，制動(dòng)盤表面平均溫度≤900℃；
滿足我國 400~450km/h高速列車裝車使用要求，形成 10000 套/年批量化生產(chǎn)供應(yīng)能力。
名稱
低面密度空間輕量化碳化硅光學(xué)-結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件制備
研究內(nèi)容
針對空間遙感光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，研究低面密度空間輕量化碳化硅光學(xué)-結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件的結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)。
開展復(fù)雜形狀碳化硅構(gòu)件的增材制造等新技術(shù)、新工藝研究，開發(fā)低面密度復(fù)雜形狀碳化硅構(gòu)件的近凈尺寸成型與致密化燒結(jié)技術(shù)，開展低面密度碳化硅空間輕量化碳化硅光學(xué)-結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件的光學(xué)加工與環(huán)境模擬試驗(yàn)研究。
實(shí)現(xiàn)滿足空間遙感光學(xué)成像要求的低面密度碳化硅光學(xué)-結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件材料制備。
考核指標(biāo)
碳化硅陶瓷材料開口氣孔率≤0.5%，彈性模量≥350GPa，彎曲強(qiáng)度≥350MPa，熱膨脹系數(shù) 2.1±0.15 -6 /K（ @-50~50℃），熱導(dǎo)率≥160 W/(m·K)；
光學(xué)-結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件尺寸≥500mm，面密度≤25kg/m 2 ，表面粗糙度 Ra≤1nm，面形精度 RMS≤λ/40（λ=632.8nm），500~800nm 可見光波段平均反射率≥96%，3~5μm 和 8~12μm 紅外波段平均反射率≥97%；
通過空間成像光學(xué)系統(tǒng)環(huán)境模擬試驗(yàn)考核（包含時(shí)效穩(wěn)定性、熱真空、力學(xué)振動(dòng)等試驗(yàn)，面形精度 RMS≤λ/40）。
名稱
基于激光增材制造技術(shù)的超輕型碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件制造
研究內(nèi)容
面向空間光學(xué)系統(tǒng)輕量化的發(fā)展需求，研究新型超輕型碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件預(yù)制體激光增材制造用粉體原料的設(shè)計(jì)與高效制備技術(shù)；
開發(fā)基于激光增材制造技術(shù)的碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件基體成型與致密化技術(shù)；
開發(fā)基于激光增材制造技術(shù)的碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件表面致密層制備技術(shù)；
開展超輕型碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件的加工驗(yàn)證研究。
考核指標(biāo)
碳化硅復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度≥200MPa，彈性模量≥200GPa，熱導(dǎo)率≥100W/(m·K)，熱膨脹系數(shù)≤3×10^-6/K；
碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件口徑≥350mm，輕量化率≥80%，面密度≤25kg/m 2 ；
研制出 350mm 以上口徑碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件 ，表面粗糙度 Ra≤1nm ，面形精度 RMS≤λ/40（ λ =632.8nm），500-800nm 波段平均反射率≥96%。
