电子元器件工作温度 北京亦庄能否靠它开辟“芯”天地

6英寸碳化硅器件生产线成功通线 第三代半导体产业化实现破题

如果把中国三分之一的照明换成它，每年可节约一个三峡工程的发电量；用它存储数据，密度比普通存储高上千倍，且能耗更低；用它做成的器件，高功率、高密度，新能源汽车成本由此可大大降低，充电桩可实现减积减重等……它，就是神奇的第三代半导体材料—碳化硅。

2月1日，6英寸碳化硅器件生产线在开发区北京世纪金光半导体成功通线，这是我国首次实现从粉料、单晶到器件、模块以及终端行业应用的碳化硅全产业链贯通，从产业链源头实现了自主可控，为第三代半导体产业化、规模化打开了大门。

揭秘第三代半导体

上世纪五六十年代，硅和锗构成了第一代半导体材料，主要应用于低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中。相比于锗半导体器件，硅材料制造的半导体器件耐高温和抗辐射性能较好。电子元器件工作温度

到了上世纪60年代后期，95%以上的半导体、99%的集成电路都是用硅半导体材料制造的。直到现在，我们使用的半导体产品大多是基于硅材料的。

进入上世纪90年代后，砷化镓、磷化铟代表了第二代半导体材料，可用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件。因信息高速公路和互联网的兴起，第二代半导体材料被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和GPS导航等领域。

如果把我们所认知的半导体世界做一个简单分类的话，目前可以分为逻辑类器件和功率器件。一个电子产品的核心部分有计算部分（比如CPU之类的）、存储部分（比如内存、硬盘之类的）还有就是提供电力输送和控制的模块。

形象的比喻的话，就是硅器件做的CPU和存储就如同人的大脑，电源和电池就好比是人的。而功率器件就好比是人的血液和神经系统。一般情况下，前两代半导体的运行不会有任何问题，但是随着5G时代的到来和硅器件运用领域的不断扩展，给予血液和神经系统的“压力”也随之增加，如果“压力过大”，血液和神经系统就有可能承受不住压力，造成“故障”。

这时候，我们急需“抗压”能力更强的材料。

但是，经过几十年的发展，硅材料已经接近完美晶体，对于硅材料的研究也非常透彻。基于硅材料上器件的设计和开发也经过了许多代的结构和工艺优化和更新，正在逐渐接近硅材料的极限，基于硅材料的器件性能提高的潜力愈来愈小。

三代半导体的机遇也随之而来，与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料通常又被称为宽禁带半导体材料或高温半导体材料，它们具备高的热导率、高的电子饱和速率以及更高的抗辐射能力，可以在220度以上的高温环境工作，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。它将为未来更高性能要求的功率系统解决方案提供所需要的核心材料。

第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山表示，用上碳化硅的第三代半导体技术的半导体照明，具有更高的光电转换效率。应用在高铁、新能源汽车上，可节能；应用在家电、工业电机上也可大幅节能；用在电网上，可以直接改变电网形态，大幅提高供电效率。

三代半导体并不是二代半导体和一代半导体的掘墓人，而是在开辟行业领域里过去无法企及的应用空间，展现更强大的性能。所以并不是说一代新人换旧人，而是江湖辈有新人出。

但是，一直以来，受到制造装备的制约，我国第三代半导体材料的产业化发展缓慢，第三代半导体材料的制造装备对设备真空度、高温加热性能、温度控制精度以及高性能温场分布、设备可靠性等直接影响碳化硅衬底质量和成品率的关键技术有很高的要求，90%的设备依赖。去年12月底，本市出台的《北京市加快科技创新发展新材料产业的指导意见》指出，要加快关键战略材料研制，围绕新一代信息技术、新能源汽车、高端装备制造等高精尖产业发展需求，加快碳化硅材料及器件、氮化镓材料及器件的开发，并实现规模化制备。

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