近日，中國科學(xué)院院刊采訪(fǎng)了中國科學(xué)院物理研究所先進(jìn)材料和結構分析實(shí)驗室主任、團隊負責人陳小龍研究員，陳主任對國內碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈做了一個(gè)分享，現摘錄于本文：

◆（1）國內已建立完整碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈

陳小龍主任表示：碳化硅半導體現在差不多形成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈了，從晶體生長(cháng)，也就是晶圓制備，到外延生長(cháng)，到器件，到模塊，到應用，現在國內已經(jīng)初步建立起來(lái)了。

碳化硅屬于第三代半導體材料，它的帶隙特別大，導熱特別好，耐擊穿場(chǎng)強也特別高，特別適合于做大功率半導體器件。比如說(shuō)現在的電動(dòng)汽車(chē)，用碳化硅器件做逆變器、電控器件，甚至是車(chē)載充電樁，可以做得體積小，重量輕，對于提高電動(dòng)汽車(chē)的續航里程特別有好處，同時(shí)轉換效率高，比較節能。

未來(lái)碳化硅器件的發(fā)展將向電壓等級更多、功率更高方向發(fā)展，應用于軌道交通和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。所有這些應用的驅動(dòng)力是節能環(huán)保，符合國家碳達峰、碳中和的總體戰略。

碳化硅材料，由于它的物理特性，功率器件在做頻率轉換的時(shí)候，開(kāi)關(guān)特性好，降低能耗，比硅基器件有優(yōu)勢，尤其是在高電壓和高功率的應用場(chǎng)合。從這個(gè)意義上講，將來(lái)會(huì )在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應用，達到節能減排的目的。

另外一方面，碳化硅器件可以在一些溫度較高的場(chǎng)合下應用，我們知道硅基器件在很多場(chǎng)合下都需要冷卻，浪費能源，而碳化硅在很多場(chǎng)合可以直接用，不需要冷卻，起到節能減排的作用。

◆（2）提高晶體生長(cháng)良率仍是亟需攻克的難點(diǎn)

中科院物理所在1997年就開(kāi)始部署關(guān)于寬禁帶半導體的工作，團隊從1999年開(kāi)始這方面的研究，當時(shí)的情況是在“一窮二白”的條件下，沒(méi)有任何技術(shù)，也沒(méi)有設備，一切從零開(kāi)始，搭建設備，做一些非?；A性的實(shí)驗，摸清它基本的生長(cháng)規律，這個(gè)（過(guò)程）就用了差不多6年的時(shí)間。 

到2006年，我們能夠做出2英寸的晶體來(lái)了，在國內率先開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化的工作。再接下來(lái)就是與北京天科合達通力合作把尺寸從小到大，2英寸、4英寸、6英寸，這樣來(lái)發(fā)展，因為半導體包括硅就是這樣發(fā)展起來(lái)的，尺寸越大，晶圓占整個(gè)器件的成本會(huì )降低。

這里面我們覺(jué)得最大的困難就是：首先在基礎研究方面，它的一些基本規律，還是很難去探索，因為這個(gè)材料在非常高的溫度下，在2300度-2500度進(jìn)行生長(cháng)的，難于直接觀(guān)察晶體生長(cháng)情況，這是研究上的難點(diǎn)。

另外整個(gè)生長(cháng)過(guò)程，涉及到好多問(wèn)題，包括相變的問(wèn)題，各個(gè)晶型相互轉換的問(wèn)題，氣氛的控制問(wèn)題，在生長(cháng)中怎么樣避免缺陷，尤其一些微觀(guān)缺陷的形成等等問(wèn)題。

進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段的最大問(wèn)題，就是怎么樣提高晶體的良率，也就是長(cháng)出來(lái)之后，它的重復性和穩定性一定要高，這個(gè)和實(shí)驗室研究就不同了。產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)生產(chǎn)的行為，要求每次生長(cháng)高度一致，最重要的還是要降低成本，能夠滿(mǎn)足下游客戶(hù)的需求。如果質(zhì)量在不同的批次中有波動(dòng)，下游客戶(hù)是不能接受的。

在基礎研究和生產(chǎn)中，都有各自非常難解決的困難，我們團隊也是經(jīng)過(guò)了20多年，基本上圍繞著(zhù)這兩個(gè)問(wèn)題，到現在也是一直在往前走。基礎問(wèn)題還涉及到進(jìn)一步增加尺寸，6英寸也不是一個(gè)截止的尺寸，還有8英寸，每增加尺寸都會(huì )帶來(lái)新的問(wèn)題，這是基礎研究的問(wèn)題。生產(chǎn)中也是同樣的問(wèn)題，尺寸增長(cháng)也會(huì )帶來(lái)新的問(wèn)題，無(wú)論是生長(cháng)還是后續加工，都會(huì )有新問(wèn)題出現，都需要不斷去解決。這就是它在研制和產(chǎn)業(yè)化中主要的問(wèn)題和難點(diǎn)。

以上兩個(gè)方面，其實(shí)最終涉及的還是成本的問(wèn)題，按照半導體晶圓發(fā)展的規律，將來(lái)尺寸會(huì )越做越大，它的驅動(dòng)力就是使得晶圓材料在器件整個(gè)成本中占比降低。目前碳化硅材料成本在器件中占比非常高，達到70%，而硅不到10%。所以產(chǎn)品做到8英寸，并千方百計提高晶體良率，是后期碳化硅整體降低成本的一種重要途徑。

◆（3）與海外巨頭仍存在的巨大差距與解決建議

整個(gè)碳化硅寬禁帶半導體，和國際上最先進(jìn)的水平還是有些差距的，在晶圓方面應該有2-3年的差距，外延方面，研究本身差距不大，但是產(chǎn)業(yè)化方面會(huì )有一些差距，良率不如人家高。 

在器件方面的差距稍稍大一點(diǎn)，有些有3-4年的差距，因為最先進(jìn)的3300伏的器件，國外已經(jīng)有進(jìn)入市場(chǎng)的了，目前國內1200伏的MOS器件，有一兩個(gè)企業(yè)剛剛開(kāi)始成熟，能夠進(jìn)入市場(chǎng)了。

為了加快國內碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我覺(jué)得國家應該出臺一些政策，比如目前最大的用量是車(chē)企，電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展是非常迅猛的?，F在很多電動(dòng)汽車(chē)是采用了碳化硅器件的，但是大都采用了國外的器件。 

國家可以出臺一些政策，鼓勵我們的車(chē)廠(chǎng)用國產(chǎn)的器件。比如說(shuō)在稅收上給予一些優(yōu)惠等等措施，這樣可以帶動(dòng)國內碳化硅器件廠(chǎng)商的發(fā)展。否則的話(huà)，還是會(huì )被國外碳化硅器件廠(chǎng)商占據中國的市場(chǎng)，因為中國的市場(chǎng)在全球占到40%以上，非常巨大。