| 节能新生力：3英寸半绝缘碳化硅单晶生长技术 |
| 行业动态 机械制造 2015年03月14日 |
 | 文章来源：中国经济导报 文章版权：转载信息 作者：管理员 | 阅读量：1721 | |
| 内容摘要：《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中的新一代信息功能材料、器件、军工配套关键材料及工程化等，都与第三代半导体——碳化硅晶体有关，《规划纲要》将“高效节能、长寿命的半导体照明产品”列入中长期规划第一重点领域。碳化硅晶体作为多产业的基础原材料，特别广泛的应用于新一代高效、节能电力电子器件上，其新型SiC电力电子器件的开发设计、制造和应用，是节约电能、发展高效节能、长寿命半导体照明产品的重要措施。 |
德清州晶新材料科技有限公司
张红平 付雷 / 文
《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中的新一代信息功能材料、器件、军工配套关键材料及工程化等，都与第三代半导体——碳化硅晶体有关，《规划纲要》将“高效节能、长寿命的半导体照明产品”列入中长期规划第一重点领域。碳化硅晶体作为多产业的基础原材料，特别广泛的应用于新一代高效、节能电力电子器件上，其新型SiC电力电子器件的开发设计、制造和应用，是节约电能、发展高效节能、长寿命半导体照明产品的重要措施。
作为以研发、生产、销售碳化硅单晶体(片)为主的我国新能源材料企业，德清州晶自主研发“3英寸半绝缘碳化硅单晶生长技术”，经过国家科技成果评估和鉴定，达到国际先进水平。
突 破 瓶 颈 创 立 品 牌
据报道，目前，全球90%~95%的碳化硅晶片用于 光电材料LED制造，预计2016年，全球的碳化硅晶片产值达到20亿美元，以碳化硅(SiC)硅片为基础材料的电子行业的全球市场规模将达到60亿美元，仅美国Cree 公司生产碳化硅单晶圆片，在2012年产量上升到全球产量的90%以上，约为60 万片。世界各国对SiC的研究非常重视，巨资发展碳化硅半导体器件。
碳化硅是一种无机非金属材料，又称金钢砂或耐火砂，是用石英砂、石油焦或煤焦等原料在电阻炉内经高温冶炼而成，硬度大，具有优良的导热、导电性能，高温时能抗氧化。所具有的半绝缘性和稳定性，成为不可替代的用于特种材料制造的基础原材料，被广泛用于制造高温、高压半导体。而高纯度的碳化硅，应用在军事、航空、核能及电力等重要的行业，其发展意义和价值十分重要。
该项目成果可以制备大面积的晶片，提高单位成品制备效率、碳化硅粉纯度高，达到99.999%，容易实现规模化生产、采用一次合成方法，工艺流程少，生产简单，操作易行、能够控制减小微管和位错等缺陷密度，生长高质量大块碳化硅单晶……德清州晶通过对技术、结构、工艺及理论的创新突破，实现了碳化硅原料、晶体生长炉、晶体生长控制技术、以及减少高纯原料杂质技术等一系列技术的研发创新，特别是高温低压晶体生长控制技术，实现了在2300℃高温和低压条件下，轴向温度梯度、径向温度梯度及压力水平的调控，使3英寸半绝缘碳化硅单晶片为半绝缘型，还能用于外延生长。晶片的Hall系数载流子数密度达到1.04E12/平方厘米、电阻率达到100492欧姆厘米，电阻值超过了Cree器件的技术标准。晶片达到无微管的水平。
作为节能新生力，德清州晶已有3项国家发明专利和多项核心技术。与国内一些较有实力的电子器件、微波器件、LED有关企业进行了战略合作。目前，建立在浙江省德清县科技创业园内的生产基地，拥有完整的碳化硅单晶生长X射线定向、多线切割、研磨抛光加工线工艺设备，以技术研发、生产、销售、及售后服务体系格局初步形成。
技术节能 产业升级
很多发达国家75%的电能是借电力电子技术变换或控制后使用，我国现阶段经过变换或控制使用的电能仅为30%。远未达到电力电子器件所应发挥的节能水平，特别需要在电力电子器件重要原材料碳化硅晶体上寻找解决方案。
电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换及控制的一种技术，根据应用领域的需要，对电压、电流、频率进行调节，以达到节省电能的目的。广泛应用电力电子技术，提升电能传输方式，使用碳化硅基底制造电力电子器件，与使用传统硅器件相比，可以大大减少电力系统的能量损耗，提高电力使用效率，降低电力系统的尺寸，同时可提高系统运行的可靠性及系统整机造价，为产业升级和节能减排提供技术保障。
据了解，预计本世纪，世界上一些发达国家要借助电力电子技术变换或控制使用电能效率，将达到95%以上。我国目前高压电力电子器件研制所需要的无微管碳化硅单晶圆片，下游研发单位及企业所使用的半绝缘碳化硅衬底、电力电子碳化硅单晶衬底、及外延衬底几乎全部依赖进口，大大增加了成本。2013年，我国市场需求大约为 3万片3英寸SiC晶片，2016年，据有关专家预测，市场需求大约为10万片3英寸SiC晶片，以碳化硅(SiC)硅片为基础材料的电子行业市场规模将达到60亿元人民币，需求大幅度提高，由此可见，德清州晶3英寸半绝缘碳化硅单晶生长技术将迎来巨大的市场先机。同时，这也对拉动我国整体产业经济升级，将发挥潜在的效应。
能源紧缺对人类的生存和发展提出严峻的挑战，大规模使用的能源原料慢慢枯竭，而与之对应的是新能源利用效率的低下，而随着人类生活水平的不断提高，对有效能源的需求量却在迅猛增加，开发清洁能源以及提高其使用效率迫在眉睫。
据了解，德清州晶将开足马力，争取尽快建成100 台4~6 英寸的晶体生长炉、产量达到10 万片/每年、预期总产值超过20 亿元碳化硅单晶体(片)生产企业，为打造第三代半导体产业园，形成第三代半导体产业链，实现传统经济的转型升级，创造最大价值。德清州晶研发生产的3英寸半绝缘碳化硅单晶生长技术在LED器件等领域也有广阔的应用前景。