德清州晶新材料科技有限公司

 

          張紅平 付雷 / 文

 

        《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中的新一代信息功能材料、器件、軍工配套關(guān)鍵材料及工程化等，都與第三代半導(dǎo)體——碳化硅晶體有關(guān)，《規(guī)劃綱要》將“高效節(jié)能、長壽命的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品”列入中長期規(guī)劃第一重點(diǎn)領(lǐng)域。碳化硅晶體作為多產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原材料，特別廣泛的應(yīng)用于新一代高效、節(jié)能電力電子器件上，其新型SiC電力電子器件的開發(fā)設(shè)計、制造和應(yīng)用，是節(jié)約電能、發(fā)展高效節(jié)能、長壽命半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的重要措施。

 

        作為以研發(fā)、生產(chǎn)、銷售碳化硅單晶體(片)為主的我國新能源材料企業(yè)，德清州晶自主研發(fā)“3英寸半絕緣碳化硅單晶生長技術(shù)”，經(jīng)過國家科技成果評估和鑒定，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

 

        突 破 瓶 頸 創(chuàng) 立 品 牌

 

       據(jù)報道，目前，全球90%~95%的碳化硅晶片用于 光電材料LED制造，預(yù)計2016年，全球的碳化硅晶片產(chǎn)值達(dá)到20億美元，以碳化硅(SiC)硅片為基礎(chǔ)材料的電子行業(yè)的全球市場規(guī)模將達(dá)到60億美元，僅美國Cree 公司生產(chǎn)碳化硅單晶圓片，在2012年產(chǎn)量上升到全球產(chǎn)量的90%以上，約為60 萬片。世界各國對SiC的研究非常重視，巨資發(fā)展碳化硅半導(dǎo)體器件。

 

       碳化硅是一種無機(jī)非金屬材料，又稱金鋼砂或耐火砂，是用石英砂、石油焦或煤焦等原料在電阻爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成，硬度大，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，高溫時能抗氧化。所具有的半絕緣性和穩(wěn)定性，成為不可替代的用于特種材料制造的基礎(chǔ)原材料，被廣泛用于制造高溫、高壓半導(dǎo)體。而高純度的碳化硅，應(yīng)用在軍事、航空、核能及電力等重要的行業(yè)，其發(fā)展意義和價值十分重要。

 

       該項(xiàng)目成果可以制備大面積的晶片，提高單位成品制備效率、碳化硅粉純度高，達(dá)到99.999%，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)、采用一次合成方法，工藝流程少，生產(chǎn)簡單，操作易行、能夠控制減小微管和位錯等缺陷密度，生長高質(zhì)量大塊碳化硅單晶……德清州晶通過對技術(shù)、結(jié)構(gòu)、工藝及理論的創(chuàng)新突破，實(shí)現(xiàn)了碳化硅原料、晶體生長爐、晶體生長控制技術(shù)、以及減少高純原料雜質(zhì)技術(shù)等一系列技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新，特別是高溫低壓晶體生長控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在2300℃高溫和低壓條件下，軸向溫度梯度、徑向溫度梯度及壓力水平的調(diào)控，使3英寸半絕緣碳化硅單晶片為半絕緣型，還能用于外延生長。晶片的Hall系數(shù)載流子數(shù)密度達(dá)到1.04E12/平方厘米、電阻率達(dá)到100492歐姆厘米，電阻值超過了Cree器件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。晶片達(dá)到無微管的水平。

 

       作為節(jié)能新生力，德清州晶已有3項(xiàng)國家發(fā)明專利和多項(xiàng)核心技術(shù)。與國內(nèi)一些較有實(shí)力的電子器件、微波器件、LED有關(guān)企業(yè)進(jìn)行了戰(zhàn)略合作。目前，建立在浙江省德清縣科技創(chuàng)業(yè)園內(nèi)的生產(chǎn)基地，擁有完整的碳化硅單晶生長X射線定向、多線切割、研磨拋光加工線工藝設(shè)備，以技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、及售后服務(wù)體系格局初步形成。

 

       技術(shù)節(jié)能 產(chǎn)業(yè)升級

 

 

榮譽(yù)證書

 

       很多發(fā)達(dá)國家75%的電能是借電力電子技術(shù)變換或控制后使用，我國現(xiàn)階段經(jīng)過變換或控制使用的電能僅為30%。遠(yuǎn)未達(dá)到電力電子器件所應(yīng)發(fā)揮的節(jié)能水平，特別需要在電力電子器件重要原材料碳化硅晶體上尋找解決方案。

 

       電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換及控制的一種技術(shù)，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的需要，對電壓、電流、頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)省電能的目的。廣泛應(yīng)用電力電子技術(shù)，提升電能傳輸方式，使用碳化硅基底制造電力電子器件，與使用傳統(tǒng)硅器件相比，可以大大減少電力系統(tǒng)的能量損耗，提高電力使用效率，降低電力系統(tǒng)的尺寸，同時可提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及系統(tǒng)整機(jī)造價，為產(chǎn)業(yè)升級和節(jié)能減排提供技術(shù)保障。

 

      據(jù)了解，預(yù)計本世紀(jì)，世界上一些發(fā)達(dá)國家要借助電力電子技術(shù)變換或控制使用電能效率，將達(dá)到95%以上。我國目前高壓電力電子器件研制所需要的無微管碳化硅單晶圓片，下游研發(fā)單位及企業(yè)所使用的半絕緣碳化硅襯底、電力電子碳化硅單晶襯底、及外延襯底幾乎全部依賴進(jìn)口，大大增加了成本。2013年，我國市場需求大約為 3萬片3英寸SiC晶片，2016年，據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，市場需求大約為10萬片3英寸SiC晶片，以碳化硅(SiC)硅片為基礎(chǔ)材料的電子行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到60億元人民幣，需求大幅度提高，由此可見，德清州晶3英寸半絕緣碳化硅單晶生長技術(shù)將迎來巨大的市場先機(jī)。同時，這也對拉動我國整體產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)升級，將發(fā)揮潛在的效應(yīng)。

 

       能源緊缺對人類的生存和發(fā)展提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，大規(guī)模使用的能源原料慢慢枯竭，而與之對應(yīng)的是新能源利用效率的低下，而隨著人類生活水平的不斷提高，對有效能源的需求量卻在迅猛增加，開發(fā)清潔能源以及提高其使用效率迫在眉睫。

 

      據(jù)了解，德清州晶將開足馬力，爭取盡快建成100 臺4~6 英寸的晶體生長爐、產(chǎn)量達(dá)到10 萬片/每年、預(yù)期總產(chǎn)值超過20 億元碳化硅單晶體(片)生產(chǎn)企業(yè)，為打造第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園，形成第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型升級，創(chuàng)造最大價值。德清州晶研發(fā)生產(chǎn)的3英寸半絕緣碳化硅單晶生長技術(shù)在LED器件等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。