我国第三代半导体材料制造设备取得新突破!
发表时间:2020-03-26 12:29:02 作者:雕刻机

  近日,863计划先进制造技术领域“大尺寸SiC材料与器件的制造设备与工艺技术研究”课题通过了技术验收。

  通常,国际上把碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料称之为第三代半导体材料。其在禁带宽度、击穿场强、电子饱和漂移速度、热导率等综合物理特性上具有更加突出的综合优势,特别在抗高电压、高温等方面性能尤为明显,由于第三代半导体材料的制造装备对设备真空度、高温加热性能、温度控制精度以及高性能温场分布、设备可靠性等直接影响SiC单晶衬底质量和成品率的关键技术有很高的要求,长期以来制约着我国第三代半导体材料的规模化、产业化发展。

  在国家863计划的支持下,由新疆天科合达蓝光半导体有限公司牵头,中科院物理研究所、半导体研究所、浙江大学等单位共同参与的研发团队成功研制了满足高压SiC电力电子器件制造所需的4-6英寸SiC单晶生长炉关键装备,形成了我国具有自主知识产权的4-6英寸SiC单晶生长炉关键装备体系。所研制的4-6英寸通用型SiC单晶炉,实现了“零微管”(微管密度<1个/cm2)4英寸SiC单晶衬底和低缺陷密度的6英寸SiC单晶衬底的制备技术,掌握了相关外延工艺技术,生长出12μm、17μm、35μm、100μm等不同厚度的SiC外延晶片,并制备了1200V、1700V、3300V、8000V碳化硅二极管系列产品。已在市场上批量推广使用。

  满足高压电力电子器件制造所需的4-6英寸通用型SiC单晶生长炉及其配套生长工艺的成功研发,有效促进了碳化硅衬底、外延、器件等制造技术的进步,提高了国内碳化硅产业链的整体设计能力和制造水平,对推动第三代半导体材料、器件产业发展,降低产业链成本,提升我国宽禁带半导体产业的核心国际竞争力具有重要的现实意义。

  第三代半导体材料在禁带宽度、击穿场强、电子饱和漂移速度、热导率等综合物理特性上具有更加突出的综合优势。但是,由于第三代半导体材料的制造装备对设备有着很高的要求,制约着该材料的规模化、产业化发展。我国在这一材料制造设备方面取得新突破,将大力提升我国在该领域的国际竞争力。

  据了解,我国政府高度重视第三代半导体材料的研究与开发,从2004年开始对第三代半导体领域的研究进行了部署,启动了一系列重大研究项目,2013年科技部在863计划新材料技术领域项目征集指南中明确将第三代半导体材料及应用列为重要内容。

  业界普遍看好SiC的市场发展前景,根据预测,至2022年其市场规模将达到40亿美元,年平均复合增长率可达到45%,届时将催生巨大市场应用空间。

  虽然前景看好,但我国在该领域的发展的最大瓶颈就是原材料。我国SiC原材料的质量、制备问题亟待破解。目前我国对SiC晶元的制备尚为空缺,大多数设备靠国外进口。

  国内开展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比较晚,与国外相比水平较低,阻碍国内第三代半导体研究进展的还有原始创新问题。国内新材料领域的科研院所和相关生产企业大都急功近利,难以容忍长期“只投入,不产出”的现状。因此,以第三代半导体材料为代表的新材料原始创新举步维艰。

  产业链下游的产出要以上游材料为基础,而事实上我国对基础的材料问题的关注度不够,一旦投入与支持的力度不够,相关人才便很难被吸引,人才队伍建设的问题也将逐渐成为发展瓶颈。

  不过,在首届第三代半导体材料及应用发展国际研讨会上,科技部副部长曹健林曾表示,“今天的中国,在技术上已经走到了世界前列,更何况中国已经是世界上最大的经济体系,我们应该与全世界的同行共同来解决面临的问题,而且随着中国政府支持创新、鼓励创新力度的加强,我们更相信中国有能力解决这些问题,这不仅是为中国,也是为全世界科学技术工作做出巨大的推动。”

  此外,与会专家也认为,与在第一代、第二代半导体材料及集成电路产业上的多年落后、很难追赶国际先进水平的形势不同,我国在第三代半导体领域的研究工作一直紧跟世界前沿,工程技术水平和国际先进水平差距不大,已经发展到了从跟踪模仿到并驾齐驱、进而可能在部分领域获得领先和比较优势,并且有机会实现超越。

  所以,随着国家战略层面支持力度的加大,特别是我国在节能减排和信息技术快速发展方面具备比较好的产业基础,且具有迫切的市场需求,因此我国将有望集中优势力量一举实现弯道超车,占位领跑。