从“0”到“1”的技术突破 小晶片释放大能量

走进第三代半导体产业链“链主”企业山西烁科晶体有限公司

“小晶片”释放“大能量”

一排排3米多高的碳化硅单晶生长设备整齐排列，设备内部超过2000℃的高温环境中，日夜不停地进行着惊人的化学反应——一个个碳化硅晶锭快速“生长”。

经过10余天的生长，长成的碳化硅晶锭终于出炉，经过切割、研磨、抛光、清洗等多道工序，成为一张张小薄片，它们将成为电动汽车、5G基站等领域的芯片衬底。

好的衬底好似砌房子的基底，应用十分广泛。8月30日，记者走进中国电科旗下的山西烁科晶体有限公司生产车间，就被眼前的生产加工过程深深吸引。一张张小薄片，撑起公司核心科技，通过下游企业加工应用，走进生产生活。

这是一家位于山西综改示范区成立仅5年的公司，从2018年成立，到入选第四批国家级专精特新“小巨人”企业，再到成为“山西省重点产业链第三代半导体产业链‘链主’企业”，这家年轻的公司，已发展成为国内从事第三代半导体材料碳化硅生产和研发的领军企业。

从“0”到“1”的技术突破

一片小小的碳化硅晶片衬底，作用有多大？ 每生产一辆电动汽车，至少要消耗半片碳化硅。山西烁科晶体有限公司总经理助理毛开礼介绍，碳化硅有非常独特的性能优势。它具有较大的禁带宽度，使得单个器件可以承载较高的电压；较大的热导率，工作可靠性强；较高的载流子迁移率，可满足高频率工作，节省能耗。

“碳化硅是支撑5G基建、特高压输变电、轨道交通、电动汽车、新能源汽车充电桩等领域的关键核心器件，也被认为是5G通信宏基站芯片最理想的衬底，在众多战略行业有重要的应用价值和广阔前景。”毛开礼说。 深耕碳化硅材料和大尺寸单晶研发“赛道”，山西烁科晶体有限公司通过多年自主攻关和潜心研究，全面掌握了碳化硅生长装备制造、高纯碳化硅粉料制备工艺、N型碳化硅单晶衬底和高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的制备工艺，形成了碳化硅粉料制备、单晶生长、晶片加工整套生产线，并建成了碳化硅材料产业基地。

在公司的主营产品中，4英寸高纯半绝缘碳化硅衬底国内市场占有率超过50%，位于碳化硅行业第一；6英寸N型碳化硅衬底正在不断扩大产能，已成为公司新的增长点。公司还是国内首家生产出8英寸N型碳化硅衬底和8英寸高纯半绝缘碳化硅衬底的公司。这些产品不仅填补了国内碳化硅材料领域的空白，更代表了我国第三代半导体材料领域从“0”到“1”的技术突破。

一群人朝一个目标方向，持之以恒地努力。公司现已获批为“山西省重点产业链第三代半导体产业链‘链主’企业”、国家级专精特新“小巨人”企业。同步获得了34项专利及软著授权，其中发明专利7项；2020年，公司还通过了ATF16949质量管理体系、ISO14001环境管理体系和ISO45001职业健康安全管理体系认证。

从“1”到“100”的产业化进程

“相比于从‘0’到‘1’技术工艺开发阶段不断试错、不断突破、样本量少的困难，从‘1’到‘100’的规模化量产阶段则是另一番景象，时常面对的不是科学问题，而是工程问题，比如产品的良率控制等等。”毛开礼说，“本着生产一代、研发一代、储备一代的原则，公司每年至少拿出15%的研发经费用于科研投入，强化专业技术支撑能力。同时，针对碳化硅需求端的数据走向和消费趋势，深度研判市场趋势，适时启动产线扩产，为产业规模持续增长夯基固本。国家急迫需要和长远需求，始终是我们的研发方向。” 信息技术进步的速度日新月异，强大的科研团队是公司长远发展的保障。2023年春节刚过，山西烁科晶体有限公司收获了上一年度“山西省科学技术奖—企业技术创新奖”的荣誉。该奖项主要面向为山西省科学技术进步和经济社会发展作出突出贡献企业进行奖励，也是山西省科学技术类的最高奖项。

作为十家上榜企业之一，该奖项是对公司在高质量发展、创新业态、产业链延伸等方面成绩的充分肯定，公司上下为之振奋。 “这一奖项，是对公司多方面工作的肯定。”毛开礼表示，一是全力打造原创技术策源地，公司顺利突破大尺寸单晶衬底研发的技术瓶颈，成功研制出国内第一片8英寸N型碳化硅晶片，实现从“0”到“1”的原始技术创新。二是持续壮大产业规模，依托碳化硅材料产业基地，公司快速推进晶体生长、加工检测的产业化能力，持续释放规模效益优势，稳步提升全产业链能力，为推进碳化硅产业迭代升级，稳固产业链布局创新链、助力地方经济发展提供有力抓手。三是助力地方产业链发展，公司积极履行山西省第三代半导体产业链“链主”企业使命，发挥龙头企业示范作用和资源禀赋，有力推动当地产业链快速建链成群进度和招商引资工作，描绘了政企联合的新型发展蓝图。

欲致其高，必丰其基。毛开礼说，公司将以此为契机，持续深化地区合作，进一步聚焦关键核心技术突破，加大基础研究投入力度，实现从量的积淀迈向质的飞跃，持续提升碳化硅材料国产化替代水平和应用规模，为实现高水平自立自强贡献力量。

勇担产业链“链主”使命

“这是令人难忘的一天，在2022年5月27日，全省重点产业链链长制工作会议召开，会上为首批20家‘链主’企业隆重授牌。山西烁科晶体有限公司作为第三代半导体产业链‘链主’企业成功入选。”

这是一份荣誉，更是沉甸甸的责任。作为国内从事第三代半导体材料碳化硅生产和研发的领军企业，这一次山西烁科晶体有限公司肩负起推进产业链补链延链强链的重任。

站在碳化硅材料产业基地上，这是一片正在开发的沃土。产业基地于2019年4月开工建设，9月主体封顶，12月设备开始搬入，2020年2月实现项目投产，前后用时仅10个月。

目前产业基地已经进入满产状态，形成年产25万片N型碳化硅单晶晶片、5万片高纯半绝缘型碳化硅单晶晶片的产能。扩产项目也即将进入开工建设阶段，为实现碳化硅材料的规模化、产业化夯实硬件基础。扩产项目达产后，将形成150万片N型碳化硅单晶晶片、10万片高纯半绝缘型碳化硅单晶晶片的产能。

“很多时候公司的发展要能跟得上产业的需求和发展。”毛开礼认为，“当产业处于低迷状态的时候，要做好提前布局和投入，当产业迎来真正增长的时候，就能及时跟得上，才能获取更大的市场份额。”

近年来，公司积极发挥龙头探路者的作用，全力推进数字化转型，构建了标准化、透明化、高效化的综合生产体系。为了加快产业链延伸，公司正在全力打造中国电科（山西）碳化硅材料产业基地，积极吸引下游客户与上游供应商入驻，形成产业链上下游一体化发展格局，达到产业集群的优势。

瞄准“成为国内卓越，世界一流的碳化硅材料供应商”这一目标，山西烁科晶体有限公司将以国内市场为依托，重点部署海外市场，让自主品牌“走出去”。

来源：山西日报

审核编辑：刘清