近日，中國科學(xué)院院刊采訪了中國科學(xué)院物理研究所先進(jìn)材料和結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室主任、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人陳小龍研究員，陳主任對(duì)國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈做了一個(gè)分享，現(xiàn)摘錄于本文：
◆（1）國內(nèi)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(dǎo)體現(xiàn)在差不多形成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈了，從晶體生長，也就是晶圓制備，到外延生長，到器件，到模塊，到應(yīng)用，現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)初步建立起來了。
碳化硅屬于第三代半導(dǎo)體材料，它的帶隙特別大，導(dǎo)熱特別好，耐擊穿場(chǎng)強(qiáng)也特別高，特別適合于做大功率半導(dǎo)體器件。比如說現(xiàn)在的電動(dòng)汽車，用碳化硅器件做逆變器、電控器件，甚至是車載充電樁，可以做得體積小，重量輕，對(duì)于提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程特別有好處，同時(shí)轉(zhuǎn)換效率高，比較節(jié)能。
未來碳化硅器件的發(fā)展將向電壓等級(jí)更多、功率更高方向發(fā)展，應(yīng)用于軌道交通和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。所有這些應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)力是節(jié)能環(huán)保，符合國家碳達(dá)峰、碳中和的總體戰(zhàn)略。
碳化硅材料，由于它的物理特性，功率器件在做頻率轉(zhuǎn)換的時(shí)候，開關(guān)特性好，降低能耗，比硅基器件有優(yōu)勢(shì)，尤其是在高電壓和高功率的應(yīng)用場(chǎng)合。從這個(gè)意義上講，將來會(huì)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，達(dá)到節(jié)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(yīng)用，我們知道硅基器件在很多場(chǎng)合下都需要冷卻，浪費(fèi)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(jié)能減排的作用。
◆（2）提高晶體生長良率仍是亟需攻克的難點(diǎn)
中科院物理所在1997年就開始部署關(guān)于寬禁帶半導(dǎo)體的工作，團(tuán)隊(duì)從1999年開始這方面的研究，當(dāng)時(shí)的情況是在“一窮二白”的條件下，沒有任何技術(shù)，也沒有設(shè)備，一切從零開始，搭建設(shè)備，做一些非?；A(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，摸清它基本的生長規(guī)律，這個(gè)（過程）就用了差不多6年的時(shí)間。
到2006年，我們能夠做出2英寸的晶體來了，在國內(nèi)率先開始產(chǎn)業(yè)化的工作。再接下來就是與北京天科合達(dá)通力合作把尺寸從小到大，2英寸、4英寸、6英寸，這樣來發(fā)展，因?yàn)榘雽?dǎo)體包括硅就是這樣發(fā)展起來的，尺寸越大，晶圓占整個(gè)器件的成本會(huì)降低。
這里面我們覺得最大的困難就是：首先在基礎(chǔ)研究方面，它的一些基本規(guī)律，還是很難去探索，因?yàn)檫@個(gè)材料在非常高的溫度下，在2300度-2500度進(jìn)行生長的，難于直接觀察晶體生長情況，這是研究上的難點(diǎn)。
另外整個(gè)生長過程，涉及到好多問題，包括相變的問題，各個(gè)晶型相互轉(zhuǎn)換的問題，氣氛的控制問題，在生長中怎么樣避免缺陷，尤其一些微觀缺陷的形成等等問題。
進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段的最大問題，就是怎么樣提高晶體的良率，也就是長出來之后，它的重復(fù)性和穩(wěn)定性一定要高，這個(gè)和實(shí)驗(yàn)室研究就不同了。產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)生產(chǎn)的行為，要求每次生長高度一致，最重要的還是要降低成本，能夠滿足下游客戶的需求。如果質(zhì)量在不同的批次中有波動(dòng)，下游客戶是不能接受的。
在基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)中，都有各自非常難解決的困難，我們團(tuán)隊(duì)也是經(jīng)過了20多年，基本上圍繞著這兩個(gè)問題，到現(xiàn)在也是一直在往前走。基礎(chǔ)問題還涉及到進(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)帶來新的問題，這是基礎(chǔ)研究的問題。生產(chǎn)中也是同樣的問題，尺寸增長也會(huì)帶來新的問題，無論是生長還是后續(xù)加工，都會(huì)有新問題出現(xiàn)，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題，按照半導(dǎo)體晶圓發(fā)展的規(guī)律，將來尺寸會(huì)越做越大，它的驅(qū)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(dá)到70%，而硅不到10%。所以產(chǎn)品做到8英寸，并千方百計(jì)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(dǎo)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(yīng)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?yàn)樽钕冗M(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(nèi)1200伏的MOS器件，有一兩個(gè)企業(yè)剛剛開始成熟，能夠進(jìn)入市場(chǎng)了。
為了加快國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我覺得國家應(yīng)該出臺(tái)一些政策，比如目前最大的用量是車企，電動(dòng)汽車發(fā)展是非常迅猛的。現(xiàn)在很多電動(dòng)汽車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(tái)一些政策，鼓勵(lì)我們的車廠用國產(chǎn)的器件。比如說在稅收上給予一些優(yōu)惠等等措施，這樣可以帶動(dòng)國內(nèi)碳化硅器件廠商的發(fā)展。否則的話，還是會(huì)被國外碳化硅器件廠商占據(jù)中國的市場(chǎng)，因?yàn)橹袊氖袌?chǎng)在全球占到40%以上，非常巨大。