中国成功研制国产6英寸碳化硅晶片 年产7万片

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/27 07:48:09
中国成功研制国产6英寸碳化硅晶片 年产7万片
2015年01月12日 09:45
来源:中国科学报 作者:沈春蕾

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,广泛应用于F-22等先进武器。

(资料图)碳化硅晶片的主要应用领域有LED固体照明和高频率器件,在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。(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,陈小龙团队花了10多年时间,在国内率先实现了碳化硅单晶衬底自主研发和产业化。

本报记者沈春蕾

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(以下简称天科合达)合作,解决了6英寸扩径技术和晶片加工技术,成功研制出了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,陈小龙团队花了10多年时间,在国内率先实现了碳化硅单晶衬底自主研发和产业化。

第三代半导体材料

研究人员告诉记者,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。

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。

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。其中,碳化硅和氮化镓在第三代半导体材料中是发展成熟的代表。

记者了解到,碳化硅单晶是一种宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大,临界击穿场强大,热导率高,饱和漂移速度高等诸多特点,被广泛应用于制作高温、高频及大功率电子器件。

关于氮化镓,曾有报道称,一片2英寸的氮化镓晶片,可以生产出1万盏亮度为节能灯10倍、发光效率为节能灯3~4倍、寿命为节能灯10倍的高亮度LED照明灯;也可以制造出5000个平均售价在100美元左右的蓝光激光器;还可以被应用在电力电子器件上,使系统能耗降低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中心)长期从事碳化硅单晶生长研究工作。

大尺寸晶片的突围


虽然用于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,降低位错密度,还能提高器件工作寿命、工作电流密度和发光效率。但是,制备氮化镓体单晶材料非常困难,到目前为止尚未有行之有效的办法。

为此,科研人员在其他衬底(如碳化硅)上生长氮化镓厚膜,然后通过剥离技术实现衬底和氮化镓厚膜的分离,分离后的氮化镓厚膜可作为外延用的衬底。尽管以氮化镓厚膜为衬底的外延,相比在碳化硅材料上外延的氮化镓薄膜,位元错密度要明显低,但价格昂贵。

于是,陈小龙团队选择了碳化硅单晶衬底研究。他指出,碳化硅单晶衬底有许多突出的优点,如化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等,但也有不足,如价格太高。

早年,全球市场上碳化硅晶片价格十分昂贵,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碳化硅半导体器件价格的10%以上,“碳化硅晶片价格已成为第三代半导体产业发展的瓶颈。”陈小龙说。

为了降低器件成本,下游产业对碳化硅单晶衬底提出了大尺寸的要求。因而,采用先进的碳化硅晶体生长技术,实现规模化生产,降低碳化硅晶片生产成本,将促进第三代半导体产业的迅猛发展,拓展市场需求。

天科合达成立于2006年,依托于陈小龙研究团队中在碳化硅领域的研究成果。自成立以来,天科合达研发出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,建立了完整的碳化硅晶片生产线。

这些年来,天科合达致力于提高碳化硅晶体的质量,以及大尺寸碳化硅晶体的研发,将先进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有自主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,曾长期垄断国际市场。2011年,科锐公司发布了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,陈小龙团队开始进行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达到国际先进水平,可以为高性能碳化硅基电子器件的国产化提供材料基础。

“虽然起步有点晚,但通过10多年的自主研发,我们与国外的技术差距在逐步缩小。”陈小龙说。作为国内碳化硅晶片生产制造的先行者,天科合达打破了国外垄断,填补了国内空白,生产的碳化硅晶片不仅技术成熟,还低于国际同类产品价格。

截至2014年3月,天科合达形成了一条年产7万片碳化硅晶片的生产线,促进了我国第三代半导体产业的持续稳定发展,取得了较好的经济效益和社会效益。

陈小龙指出,当前碳化硅主要应用于三大领域:高亮度LED、电力电子以及先进雷达,以后还可能走进家用市场,这意味着陈小龙团队的自主创新和产业化之路还将延续。

http://news.ifeng.com/a/20150112/42912475_0.shtml中国成功研制国产6英寸碳化硅晶片 年产7万片
2015年01月12日 09:45
来源:中国科学报 作者:沈春蕾

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2015-1-13 08:55 上传


6英寸碳化硅晶体和单晶衬底片(资料图)

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美国在碳化硅晶片技术上遥遥领先,广泛应用于F-22等先进武器。

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(资料图)碳化硅晶片的主要应用领域有LED固体照明和高频率器件,在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。(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,陈小龙团队花了10多年时间,在国内率先实现了碳化硅单晶衬底自主研发和产业化。

本报记者沈春蕾

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(以下简称天科合达)合作,解决了6英寸扩径技术和晶片加工技术,成功研制出了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,陈小龙团队花了10多年时间,在国内率先实现了碳化硅单晶衬底自主研发和产业化。

第三代半导体材料

研究人员告诉记者,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。

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。

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。其中,碳化硅和氮化镓在第三代半导体材料中是发展成熟的代表。

记者了解到,碳化硅单晶是一种宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大,临界击穿场强大,热导率高,饱和漂移速度高等诸多特点,被广泛应用于制作高温、高频及大功率电子器件。

关于氮化镓,曾有报道称,一片2英寸的氮化镓晶片,可以生产出1万盏亮度为节能灯10倍、发光效率为节能灯3~4倍、寿命为节能灯10倍的高亮度LED照明灯;也可以制造出5000个平均售价在100美元左右的蓝光激光器;还可以被应用在电力电子器件上,使系统能耗降低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中心)长期从事碳化硅单晶生长研究工作。

大尺寸晶片的突围


虽然用于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,降低位错密度,还能提高器件工作寿命、工作电流密度和发光效率。但是,制备氮化镓体单晶材料非常困难,到目前为止尚未有行之有效的办法。

为此,科研人员在其他衬底(如碳化硅)上生长氮化镓厚膜,然后通过剥离技术实现衬底和氮化镓厚膜的分离,分离后的氮化镓厚膜可作为外延用的衬底。尽管以氮化镓厚膜为衬底的外延,相比在碳化硅材料上外延的氮化镓薄膜,位元错密度要明显低,但价格昂贵。

于是,陈小龙团队选择了碳化硅单晶衬底研究。他指出,碳化硅单晶衬底有许多突出的优点,如化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等,但也有不足,如价格太高。

早年,全球市场上碳化硅晶片价格十分昂贵,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碳化硅半导体器件价格的10%以上,“碳化硅晶片价格已成为第三代半导体产业发展的瓶颈。”陈小龙说。

为了降低器件成本,下游产业对碳化硅单晶衬底提出了大尺寸的要求。因而,采用先进的碳化硅晶体生长技术,实现规模化生产,降低碳化硅晶片生产成本,将促进第三代半导体产业的迅猛发展,拓展市场需求。

天科合达成立于2006年,依托于陈小龙研究团队中在碳化硅领域的研究成果。自成立以来,天科合达研发出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,建立了完整的碳化硅晶片生产线。

这些年来,天科合达致力于提高碳化硅晶体的质量,以及大尺寸碳化硅晶体的研发,将先进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有自主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,曾长期垄断国际市场。2011年,科锐公司发布了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,陈小龙团队开始进行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达到国际先进水平,可以为高性能碳化硅基电子器件的国产化提供材料基础。

“虽然起步有点晚,但通过10多年的自主研发,我们与国外的技术差距在逐步缩小。”陈小龙说。作为国内碳化硅晶片生产制造的先行者,天科合达打破了国外垄断,填补了国内空白,生产的碳化硅晶片不仅技术成熟,还低于国际同类产品价格。

截至2014年3月,天科合达形成了一条年产7万片碳化硅晶片的生产线,促进了我国第三代半导体产业的持续稳定发展,取得了较好的经济效益和社会效益。

陈小龙指出,当前碳化硅主要应用于三大领域:高亮度LED、电力电子以及先进雷达,以后还可能走进家用市场,这意味着陈小龙团队的自主创新和产业化之路还将延续。

http://news.ifeng.com/a/20150112/42912475_0.shtml
这就是基础学科,一步一个脚印的积累才能厚积薄发!急不得也断不得!!!
光说自己了,没说国外现在达到什么水平了
四脚章鱼 发表于 2015-1-13 10:29
光说自己了,没说国外现在达到什么水平了
美国科锐公司作为碳化硅衬底提供商,曾长期垄断国际市场。2011年,科锐公司发布了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。
光说自己了,没说国外现在达到什么水平了
13年开始有8寸的
好事儿!赶紧推进产业化进程!
兔子:把黄金白菜价的神马的我最喜欢了!
其实这东西解决有无是第一步,尺寸是加工效率的问题,尺寸越大,IC加工效率越高,成本越低,但雷达的TR尺寸肯定是远低于晶圆直径的,所以,不管4寸,6寸还是8寸,用来加工雷达器件都没问题,当然有能力的化,自然是晶圆尺寸越大越好,但也要考虑到加工设备,生产出大尺寸晶圆,必须有能加工大尺寸晶圆能力的机器与之配套。

从无到有已经是巨大进步,扩大晶圆直径就是水到渠成的事。
做雷达,4寸的也没问题。6寸的意义在于降低成本
继续努力啊,这种才是真正的科研,国家应给予大力支持!
明年该看到8英寸的片片了
基础材料进步,才能推动国防科技进大步
碳化硅能象氮化镓那样做射频器件吗?做LED灯确实亮度很高,3W的碳化硅LED灯就很亮了。
yingzho2007 发表于 2015-1-13 20:48
碳化硅能象氮化镓那样做射频器件吗?做LED灯确实亮度很高,3W的碳化硅LED灯就很亮了。
没仔细看贴吧?碳化硅只是氮化镓生长的衬底。
这东西做SIT牛B的,单管轻松千A以上的电流
heaven621 发表于 2015-1-13 23:02
没仔细看贴吧?碳化硅只是氮化镓生长的衬底。
看仔细的,只是咱想知道同样半导体碳化硅本身能不能做射频器件,氮化镓衬底并不是只有一种碳化硅材料还有金刚石衬底,蓝宝石衬底和硅衬底。
可惜很多人不懂这项技术的意义,这意味着中国航空电子技术拥有与美国相接近的技术基础了。
碳化硅能象氮化镓那样做射频器件吗?做LED灯确实亮度很高,3W的碳化硅LED灯就很亮了。
碳化硅不能直接发光,碳化硅led还是氮化稼发光。
bothofus 发表于 2015-1-14 12:56
碳化硅不能直接发光,碳化硅led还是氮化稼发光。
哪就是说现在的LED灯都是氮化镓做的,碳化硅无非是为生产氮化镓晶体服务的?那碳化硅本身能不能作为半导体材料做晶体管?碳化硅耐高温是肯定而且硬度极高,好象摩氏硬度是9吧,熔点是3000度吧。


回复错误编辑掉。

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四脚章鱼 发表于 2015-1-13 10:29
光说自己了,没说国外现在达到什么水平了
“美国在碳化硅晶片技术上遥遥领先,广泛应用于F-22等先进武器。”
哪就是说现在的LED灯都是氮化镓做的,碳化硅无非是为生产氮化镓晶体服务的?那碳化硅本身能不能作为半导 ...
谁说碳化硅不能做半导体器件?碳化硅的发展可是比氮化稼早,而且目前氮化稼除了 led,电子器件发展可是比较慢。
yingzho2007 发表于 2015-1-14 09:06
看仔细的,只是咱想知道同样半导体碳化硅本身能不能做射频器件,氮化镓衬底并不是只有一种碳化硅材料还有 ...
好像E2D用就是碳化硅

yingzho2007 发表于 2015-1-14 14:51
哪就是说现在的LED灯都是氮化镓做的,碳化硅无非是为生产氮化镓晶体服务的?那碳化硅本身能不能作为半导 ...


现在全世界蓝光白光LED芯片99%是在蓝宝石衬底上做的。氮化镓是发光层。世界上大规模用碳化硅衬底做蓝光芯片的只有美国CREE。主要是贵,碳化硅晶体也不好长。照明用LED芯片现在已经进入家庭应用层面了,所以价格也烂大街了,当然比节能灯还是贵的。要知道十几年前,一颗日亚蓝光芯片就买10几元了,现在也许只卖8-15分。6寸碳化硅衬底要多少钱啊,普通6寸LED外延片可能切割成芯片全部价值还抵不上6寸的碳化硅衬底的钱。
所以碳化硅大部分只能用在高附加值的领域。
不然就LED来说,氮化镓最好还是长在同质衬底上好,那就是氮化镓衬底。但是2寸的同质衬底要2-3万(具体多少不太确定),基本用在长激光器方面,没人会用来做LED的。
说到底,LED这东西,进入千家万户,价格就要烂大街,将来比节能灯还便宜,所以制造就要性价比。
yingzho2007 发表于 2015-1-14 14:51
哪就是说现在的LED灯都是氮化镓做的,碳化硅无非是为生产氮化镓晶体服务的?那碳化硅本身能不能作为半导 ...


现在全世界蓝光白光LED芯片99%是在蓝宝石衬底上做的。氮化镓是发光层。世界上大规模用碳化硅衬底做蓝光芯片的只有美国CREE。主要是贵,碳化硅晶体也不好长。照明用LED芯片现在已经进入家庭应用层面了,所以价格也烂大街了,当然比节能灯还是贵的。要知道十几年前,一颗日亚蓝光芯片就买10几元了,现在也许只卖8-15分。6寸碳化硅衬底要多少钱啊,普通6寸LED外延片可能切割成芯片全部价值还抵不上6寸的碳化硅衬底的钱。
所以碳化硅大部分只能用在高附加值的领域。
不然就LED来说,氮化镓最好还是长在同质衬底上好,那就是氮化镓衬底。但是2寸的同质衬底要2-3万(具体多少不太确定),基本用在长激光器方面,没人会用来做LED的。
说到底,LED这东西,进入千家万户,价格就要烂大街,将来比节能灯还便宜,所以制造就要性价比。
现在全世界蓝光白光LED芯片99%是在蓝宝石衬底上做的。氮化镓是发光层。世界上大规模用碳化硅衬底做蓝光 ...
科锐用碳化硅是因为专利原因,他们做碳化硅便宜,目前最好的led只有他们能做,高端大家都去买科锐的芯片。蓝宝石上的还没法跟碳化硅上的比,氮化镓衬底没法大规模生产,前途在功率电子器件。但是碳化硅在此领域一样厉害
不错不错哟,继续努力吧!来自: Android客户端
yingzho2007 发表于 2015-1-13 20:48
碳化硅能象氮化镓那样做射频器件吗?做LED灯确实亮度很高,3W的碳化硅LED灯就很亮了。
种子叫出来,我们还是朋友
现在全世界蓝光白光LED芯片99%是在蓝宝石衬底上做的。氮化镓是发光层。世界上大规模用碳化硅衬底做蓝光 ...
看看这个如何?
http://
nanowin.b2b.ledth.com/VP249997_529_1.htm

用奔四烧水 发表于 2015-1-14 22:52
看看这个如何?
http://
nanowin.b2b.ledth.com/VP249997_529_1.htm


非极性面做的都不好,质量差,而且面积小,蓝宝石上的现在国际标准是4吋,6吋也在开始普及。2吋的芯片也就国内还在做。不过中村修二目前的主要工作是做非极性面绿光LED。
用奔四烧水 发表于 2015-1-14 22:52
看看这个如何?
http://
nanowin.b2b.ledth.com/VP249997_529_1.htm


非极性面做的都不好,质量差,而且面积小,蓝宝石上的现在国际标准是4吋,6吋也在开始普及。2吋的芯片也就国内还在做。不过中村修二目前的主要工作是做非极性面绿光LED。