6英寸碳化硅晶体和单晶衬底片（资料图） 美国在碳化硅晶片技术上遥遥领先，普遍应用于F-22等先进武器。（资料图） 从2英寸、3英寸、4英寸到如今的6英寸碳化硅单晶衬底，陈小龙团队花上了10多年时间，在国内首度构建了碳化硅单晶衬底自律研发和产业化。
不久前，中国科学院物理研究所研究员陈小龙研究组与北京天科合达蓝光半导体有限公司(以下全称天科合达)合作，解决问题了6英寸扩径技术和晶片加工技术，顺利研制出了6英寸碳化硅单晶衬底。 从2英寸、3英寸、4英寸到如今的6英寸碳化硅单晶衬底，陈小龙团队花上了10多年时间，在国内首度构建了碳化硅单晶衬底自律研发和产业化。
第三代半导体材料 研究人员告诉他记者，上世纪五六十年代，硅和锗包含了第一代半导体材料，主要应用于高压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中。比起于锗半导体器件，硅材料生产的半导体器件耐高温和抗辐射性能较好。 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生产的。
直到现在，我们用于的半导体产品大多是基于硅材料的。 转入上世纪90年代后，砷化镓、磷化铟代表了第二代半导体材料，可用作制作高速、高频、大功率以及闪烁电子器件。因信息高速公路和互联网的蓬勃发展，第二代半导体材料被普遍应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和GPS导航系统等领域。
与前两代半导体材料比起，第三代半导体材料一般来说又被称作长禁带半导体材料或高温半导体材料。其中，碳化硅和氮化镓在第三代半导体材料中是发展成熟期的代表。 记者了解到，碳化硅单晶是一种长禁带半导体材料，具备禁带宽度大，临界击穿场强大，热导率低，饱和状态漂移速度高等诸多特点，被普遍应用于制作高温、高频及大功率电子器件。 关于氮化镓，曾有报导称之为，一片2英寸的氮化镓晶片，可以生产出有1万盏亮度为节能灯10倍、闪烁效率为节能灯3～4倍、寿命为节能灯10倍的高亮度LED照明灯；也可以生产出有5000个平均值售价在100美元左右的蓝光激光器；还可以被应用于在电力电子器件上，使系统能耗减少30%以上。
由于碳化硅和氮化镓的晶格失配小，碳化硅单晶是氮化镓基LED、肖特基二极管、金氧半场效晶体管等器件的理想衬底材料。物理所先进设备材料与结构分析实验室陈小龙研究组(功能晶体研究与应用于中心)长年专门从事碳化硅单晶生长研究工作。 大尺寸晶片的突围 虽然用作氮化镓生长最理想的衬底是氮化镓单晶材料，该材料不仅可以大大提高外延膜的晶体质量，减少晶格密度，还能提升器件工作寿命、工作电流密度和闪烁效率。
但是，制取氮化镓体单晶材料十分艰难，到目前为止仍未有行之有效的办法。 为此，科研人员在其他衬底(如碳化硅)上生长氮化镓薄膜，然后通过剥离技术构建衬底和氮化镓薄膜的分离出来，分离出来后的氮化镓薄膜可作为外延用的衬底。
尽管以氮化镓薄膜为衬底的外延，比起在碳化硅材料上外延的氮化镓薄膜，位元错密度要显著较低，但价格昂贵。 于是，陈小龙团队自由选择了碳化硅单晶衬底研究。
他认为，碳化硅单晶衬底有许多引人注目的优点，如化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸取红外线等，但也有严重不足，如价格太高。 碳化硅又称金钢砂或耐火砂。
碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时必须特食盐)等原料在电阻炉内经高温冶金而出。碳化硅单晶系由第三代高温宽带隙半导体材料。
(资料图) 早年，全球市场上碳化硅晶片价格十分便宜，一片2英寸碳化硅晶片的国际市场价格曾高达500美元(2006年)，但仍供不应求。高昂的原材料成本占到碳化硅半导体器件价格的10%以上，碳化硅晶片价格已沦为第三代半导体产业发展的瓶颈。陈小龙说道。
为了减少器件成本，下游产业对碳化硅单晶衬底明确提出了大尺寸的拒绝。因而，使用先进设备的碳化硅晶体生长技术，构建规模化生产，减少碳化硅晶片生产成本，将增进第三代半导体产业的迅猛发展，扩展市场需求。
天科合达正式成立于2006年，相结合于陈小龙研究团队中在碳化硅领域的研究成果。自正式成立以来，天科合达研发出有碳化硅晶体生长炉和碳化硅晶体生长、加工技术及专业设备，创建了原始的碳化硅晶片生产线。 这些年来，天科合达致力于提升碳化硅晶体的质量，以及大尺寸碳化硅晶体的研发，将先进设备的碳化硅晶体生长和加工技术产业化，大规模生产和销售具备自律知识产权的碳化硅晶片。 10年自主创新之路 美国科锐公司作为碳化硅衬底提供商，曾长年独占国际市场。
2011年，科锐公司公布了6英寸碳化硅晶体，同年，天科合达才开始量产4英寸碳化硅晶体。 2013年，陈小龙团队开始展开6英寸碳化硅晶体的研发工作，用了近一年的时间，团队研发的国产6英寸碳化硅单晶衬底问世。测试证明，国产6英寸碳化硅晶体的结晶质量很好，该成果标志着物理所碳化硅单晶生长研发工作已超过国际先进设备水平，可以为高性能碳化硅恩电子器件的国产化获取材料基础。
虽然跟上有点晚，但通过10多年的自律研发，我们与国外的技术差距在逐步增大。陈小龙说道。作为国内碳化硅晶片生产生产的先行者，天科合达超越了国外独占，空缺了国内空白，生产的碳化硅晶片不仅技术成熟期，还高于国际同类产品价格。
截至2014年3月，天科合达构成了一条年产7万片碳化硅晶片的生产线，增进了我国第三代半导体产业的持续平稳发展，获得了较好的经济效益和社会效益。 陈小龙认为，当前碳化硅主要应用于三大领域：高亮度LED、电力电子以及先进设备雷达，以后还有可能走出家用市场，这意味著陈小龙团队的自主创新和产业化之路还将沿袭。
本文来源：半岛体育综合官方-www.howtolemons.com