從實驗室樣品到商用產品 核“芯”技術跑出加速度

 

　　在江蘇南京中國電科55所的這間展廳里，有著多種規格的碳化硅器件。它們已經在新能源車載充電裝置上實現了批量應用，有了它們，新能源汽車的充電速度和整車性能都會大幅提高。

　　中國電子科技集團首席專家柏松介紹，新能源汽車如果用傳統的第一代半導體器件，充電時間需要半個小時以上，而采用了第三代半導體碳化硅器件以后，可以實現充電10分鐘行駛400公里。

 

　　柏松從事碳化硅器件的開發和應用研究已有近20年。他告訴記者，這是新能源汽車車載充電裝置所需的關鍵元器件，2020年以前，這類器件完全依賴進口，而現在，中國電科的碳化硅器件，裝車量已經達到100萬臺。

 

　　中國電子科技集團首席專家柏松表示，尤其從2021年春節開始，國內一些知名的車企出現了核心器件斷供問題，而國內的器件適時切入。通過這次機會，國產器件有機會跟國外的知名企業同臺競技，實現了一個零的突破。

　　2015年，柏松牽頭的半導體器件實驗室成立。起初，他們研發的產品只是應用在電源等工業領域，直到這兩年，才逐步應用到新能源汽車等領域，并實現了批量生產和商用。柏松的研究團隊，也從2015年的50人擴張到了100多人。

　　中國電子科技集團第五十五研究所主管設計師李士顏介紹，入職的這六年間，我最大的收獲就是將產品從一個實驗室的樣品，推出了真正商用的批量化產品，經歷了反復迭代，才實現產品可靠性能夠達到用戶真真正正應用的需求的過程。

 

 

　　碳化硅器件市場增長背后，是十年來中國半導體企業從材料到裝備到芯片、器件的全鏈條布局。

 

　　在國內最大的碳化硅材料產業基地，一張張薄薄的碳化硅晶片一字排開，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，是先進的第三代半導體材料。

 

　　晶片的尺寸和質量，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，中國電科旗下的這家企業2英寸碳化硅晶片還處在研制階段，現在，已經實現了6英寸晶片的規模化生產，年產能達到15萬片，處于國內前列。今年3月，這家企業還率先發布了新一代8英寸碳化硅晶片產品。

 

　　電科材料山西爍科晶體有限公司常務副總經理魏汝省介紹，2009年，我們已經研制出了2英寸的碳化硅襯底（晶片），當我們把襯底（晶片）的尺寸從2英寸擴展到4英寸，單個芯片的成本可以降到原來的1/4。現在再做到8英寸，相當于在4英寸基礎上又可以再降低70%到80%的成本。

 

　　研制大尺寸、高性能的晶片，碳化硅晶體生長裝備是關鍵。十年前，中國電科研發的碳化硅長晶裝備，僅能生產2英寸或4英寸的小尺寸晶體，工藝水平和生產效率都不高。目前，這些晶體生長以及產業鏈配套相關裝備，已經完成了多輪迭代升級。

 

 

　　以碳化硅為代表的第三代半導體被稱為“綠色”半導體，十年來，中國電科的第三代半導體器件實現了從研發到商用的轉型，兩億只產品有力支撐了新基建和“雙碳”戰略需求。數據顯示，它的器件節能性是硅器件的4倍，可以使新能源汽車能耗降低50%，特高壓電網損耗降低60%，軌道交通功率器件系統損耗降低20％以上。

　　國家第三代半導體技術創新中心主任 張魯川表示，第三代半導體是戰略新興產業，從裝備、材料、芯片、器件到應用，這一全產業鏈的整體視角來看，未來產業規模將高達數千億元人民幣。