以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料，廣泛運(yùn)用在 5G 基站、新能源汽車(chē)等數(shù)字經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。這十年，以中國(guó)電科為代表的企業(yè)，已完成從材料、裝備、芯片、器件到應(yīng)用的體系化布局，推動(dòng)了我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

從實(shí)驗(yàn)室樣品到商用產(chǎn)品 核 " 芯 " 技術(shù)跑出加速度

在江蘇南京中國(guó)電科五十五所的這間展廳里，有著多種規(guī)格的碳化硅器件。它們已經(jīng)在新能源車(chē)載充電裝置上實(shí)現(xiàn)了批量應(yīng)用，有了它們，新能源汽車(chē)的充電速度和整車(chē)性能都會(huì)大幅提高。

中國(guó)電子科技集團(tuán)首席專(zhuān)家 柏松：新能源汽車(chē)如果用傳統(tǒng)的第一代半導(dǎo)體器件，充電時(shí)間需要半個(gè)小時(shí)以上，而采用了第三代半導(dǎo)體碳化硅器件以后，可以實(shí)現(xiàn)充電 10 分鐘行駛 400 公里。

柏松從事碳化硅器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究已有近 20 年。他告訴記者，這是新能源汽車(chē)車(chē)載充電裝置所需的關(guān)鍵元器件，2020 年以前，這類(lèi)器件完全依賴進(jìn)口，而現(xiàn)在，中國(guó)電科的碳化硅器件，裝車(chē)量已經(jīng)達(dá)到 100 萬(wàn)臺(tái)。

中國(guó)電子科技集團(tuán)首席專(zhuān)家 柏松：尤其從 2021 年春節(jié)開(kāi)始，國(guó)內(nèi)一些知名的車(chē)企出現(xiàn)了核心器件斷供問(wèn)題，而國(guó)內(nèi)的器件適時(shí)切入。通過(guò)這次機(jī)會(huì)，國(guó)產(chǎn)器件有機(jī)會(huì)跟國(guó)外的知名企業(yè)同臺(tái)競(jìng)技，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)零的突破。

2015 年，柏松牽頭的半導(dǎo)體器件實(shí)驗(yàn)室成立。起初，他們研發(fā)的產(chǎn)品只是應(yīng)用在電源等工業(yè)領(lǐng)域，直到這兩年，才逐步應(yīng)用到新能源汽車(chē)等領(lǐng)域，并實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和商用。柏松的研究團(tuán)隊(duì)，也從 2015 年的 50 人擴(kuò)張到了 100 多人。

中國(guó)電子科技集團(tuán)第五十五研究所主管設(shè)計(jì)師 李士顏：入職的這六年間，我最大的收獲就是將產(chǎn)品從一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的樣品，推出了真正商用的批量化產(chǎn)品，經(jīng)歷了反復(fù)迭代，才實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性能夠達(dá)到用戶真真正正應(yīng)用的需求的過(guò)程。

從 2 英寸到 8 英寸 碳化硅晶片 " 芯 " 成本下降

碳化硅器件市場(chǎng)增長(zhǎng)背后，是十年來(lái)中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)從材料到裝備到芯片、器件的全鏈條布局。

在國(guó)內(nèi)最大的碳化硅材料產(chǎn)業(yè)基地，一張張薄薄的碳化硅晶片一字排開(kāi)，這些晶片厚度不足 0.5 毫米，直徑從 2 英寸、4 英寸到 8 英寸，是先進(jìn)的第三代半導(dǎo)體材料。

晶片的尺寸和質(zhì)量，直接影響著下游的碳化硅器件的成本和性能。尺寸越大，成本就越低。十年前，中國(guó)電科旗下的這家企業(yè)對(duì) 2 英寸碳化硅晶片還處在研制階段，現(xiàn)在，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 6 英寸晶片的規(guī)模化生產(chǎn)，年產(chǎn)能達(dá)到 15 萬(wàn)片，處于國(guó)內(nèi)前列。今年 3 月，這家企業(yè)還率先發(fā)布了新一代 8 英寸碳化硅晶片產(chǎn)品。

電科材料山西爍科晶體有限公司常務(wù)副總經(jīng)理 魏省汝：2009 年，我們已經(jīng)研制出了 2 英寸的碳化硅襯底（晶片），當(dāng)我們把襯底（晶片）的尺寸從 2 英寸擴(kuò)展到 4 英寸，單個(gè)芯片的成本可以降到原來(lái)的 1/4。現(xiàn)在再做到 8 英寸，相當(dāng)于在 4 英寸基礎(chǔ)上又可以再降低 70% 到 80% 的成本。

研制大尺寸、高性能的晶片，碳化硅晶體生長(zhǎng)裝備是關(guān)鍵。十年前，中國(guó)電科研發(fā)的碳化硅長(zhǎng)晶裝備，僅能生產(chǎn) 2 英寸或 4 英寸的小尺寸晶體，工藝水平和生產(chǎn)效率都不高。目前，這些晶體生長(zhǎng)以及產(chǎn)業(yè)鏈配套相關(guān)裝備，已經(jīng)完成了多輪迭代升級(jí)。

應(yīng)用場(chǎng)景逐步顯現(xiàn) 產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)數(shù)千億

以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體被稱(chēng)為 " 綠色 " 半導(dǎo)體，十年來(lái)，中國(guó)電科的第三代半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)了從研發(fā)到商用的轉(zhuǎn)型，兩億只產(chǎn)品有力支撐了新基建和 " 雙碳 " 戰(zhàn)略需求。數(shù)據(jù)顯示，它的器件節(jié)能性是硅器件的 4 倍，可以使新能源汽車(chē)能耗降低 50%，特高壓電網(wǎng)損耗降低 60%，軌道交通功率器件系統(tǒng)損耗降低 20％以上。

國(guó)家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心主任 張魯川：第三代半導(dǎo)體是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，從裝備、材料、芯片、器件到應(yīng)用，這一全產(chǎn)業(yè)鏈的整體視角來(lái)看，未來(lái)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將高達(dá)數(shù)千億元人民幣。

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