突破第三代碳化硅半導(dǎo)體技術(shù) 實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)國(guó)夢(mèng)
在當(dāng)前科技創(chuàng)新、科技強(qiáng)國(guó)的時(shí)代,以碳化硅半導(dǎo)體為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的研究和開發(fā)已經(jīng)得到世界各國(guó)的高度重視。由于碳化硅半導(dǎo)體襯底材料可制作大功率、高熱導(dǎo)率的高頻率微波器件、功率器件和照明器件,具有非常顯著的性能優(yōu)勢(shì)和巨大的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用,歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都把發(fā)展碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)列入國(guó)家戰(zhàn)略,投入巨資支持發(fā)展。
美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬兩次訪問美國(guó)碳化硅半導(dǎo)體的領(lǐng)軍企業(yè)——美國(guó)科銳公司,并稱其將引領(lǐng)美國(guó)的制造業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔能源革命。不久前更是親自發(fā)起成立美國(guó)碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,設(shè)立專項(xiàng)資金支持全產(chǎn)業(yè)鏈快速突破發(fā)展。1.4億美元的總支持額用于提升美國(guó)在該新興產(chǎn)業(yè)方面的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。日本政府則將發(fā)展碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)列入“首相計(jì)劃”,認(rèn)為未來日本50%以上的節(jié)能將由碳化硅實(shí)現(xiàn)。
在我國(guó),以碳化硅半導(dǎo)體材料為代表的新材料研究和開發(fā),已經(jīng)成為科技強(qiáng)國(guó)的重要組成部分。但由于我國(guó)在第一代、第二代半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究和開發(fā)嚴(yán)重落后于歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū),每年都要進(jìn)口2000億美元以上的電子器件,一直未能實(shí)現(xiàn)突破和趕超。
慶幸的是,在國(guó)內(nèi)一直有眾多企事業(yè)單位和科研人員在堅(jiān)持不懈地專注于碳化硅半導(dǎo)體材料的研究。材料專業(yè)出身的山東天岳晶體材料有限公司(以下簡(jiǎn)稱“山東天岳”)董事長(zhǎng)宗艷民深知基礎(chǔ)材料研究的突破對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的重要性,大學(xué)時(shí)期就立志做強(qiáng)材料報(bào)效祖國(guó)的他,一直堅(jiān)持著自己的夢(mèng)想——通過實(shí)現(xiàn)材料領(lǐng)域的突破來提升我們國(guó)家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
多年來,宗艷民將他從事工程機(jī)械代理所獲得的利潤(rùn)全部投入第三代碳化硅半導(dǎo)體材料的研究和開發(fā)。在缺乏資金、設(shè)備、人才和技術(shù)等支持的情況下,宗艷民承擔(dān)著巨大的產(chǎn)業(yè)化風(fēng)險(xiǎn),于2011年年底與山東大學(xué)簽約巨資購(gòu)買有關(guān)技術(shù),并進(jìn)行半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)化探索。在先后投入5億余元后,宗艷民和他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)終于獲得成功,實(shí)現(xiàn)了我國(guó)第三代半導(dǎo)體材料的重大突破。
如今,山東天岳第三代碳化硅半導(dǎo)體材料已經(jīng)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平,在寬禁帶碳化硅半導(dǎo)體襯底領(lǐng)域岳已經(jīng)進(jìn)入世界10強(qiáng),個(gè)別產(chǎn)品進(jìn)入世界前兩位。山東天岳已可批量生產(chǎn)2、3、4英寸高品質(zhì)的半絕緣和導(dǎo)電性襯底材料,是世界上為數(shù)不多的幾個(gè)可以提供該材料的公司,產(chǎn)品已持續(xù)供應(yīng)中電集團(tuán)等下游客戶。
據(jù)宗艷民介紹,碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)品在民用電力電子領(lǐng)域作為“綠色器件”對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗將起到重大作用,可以為建立低碳清潔能源體系、高端裝備制造業(yè)升級(jí)換代奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。例如碳化硅功率器件用在新能源汽車、軌道電力機(jī)車、家電、智能電網(wǎng)、太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電、電壓轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域,能耗可降低50%,系統(tǒng)體積減小75%。用在照明上可以節(jié)約能耗70%,壽命延長(zhǎng)10倍。
在我國(guó),電機(jī)消耗的電力約占我們整個(gè)電力消耗的60%,照明消耗的電力約占我們整個(gè)電力消耗的20%,在這兩個(gè)領(lǐng)域推廣使用碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)品后即可降低能耗50%。碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)僅在電力電子、照明電子領(lǐng)域推廣應(yīng)用后每年可以為國(guó)家節(jié)約電力2.1萬億度,相當(dāng)于20個(gè)三峽電站的年發(fā)電量。使用碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)品,可以省掉大量的火力發(fā)電廠,綜合減少碳排放超過22億噸,在為我國(guó)節(jié)能減排做出卓越貢獻(xiàn)的同時(shí),也讓我們看到了治理霧霾的希望。
宗艷民表示,碳化硅半導(dǎo)體材料在提高性能裝備、增強(qiáng)國(guó)防實(shí)力方面也有著重要作用。碳化硅基微波器件襯底材料與氮化鎵結(jié)合,用在雷達(dá)、通訊上其微波輸出功率密度是砷化鎵的10倍以上,工作頻率達(dá)到100GHz以上,被廣泛應(yīng)用于艦船、航空航天、精確制導(dǎo)。例如使用碳化硅基微波器件后戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)測(cè)距由原來的80-100公里提升到現(xiàn)在的超過300公里,碳化硅基電力電子器件已經(jīng)應(yīng)用于新一代航空母艦的電磁彈射系統(tǒng),大幅度提高艦載機(jī)起降效率,增強(qiáng)了航母作戰(zhàn)性能,大大縮短我國(guó)國(guó)防建設(shè)與美、歐、日的差距。
正是憑借在禁帶碳化硅半導(dǎo)體領(lǐng)域的突出成果,天岳公司與山東大學(xué)共同獲得了2013年度山東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng),并承擔(dān)著包括國(guó)家“863”項(xiàng)目(首席)在內(nèi)的國(guó)家發(fā)改委、工信部、科技部等7項(xiàng)重大專項(xiàng)課題。同時(shí),作為我們國(guó)家第三代碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè),山東天岳正在國(guó)家主導(dǎo)下與中電集團(tuán)、南車時(shí)代、華為海思、中興國(guó)際等產(chǎn)業(yè)鏈骨干企業(yè)加快下游器件及應(yīng)用的開發(fā),聯(lián)合進(jìn)軍第三帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)以期實(shí)現(xiàn)全面突破,在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上奮力趕超發(fā)到國(guó)家,打造中國(guó)“芯”,實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)。