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未来产业 赢领明天 | 技术引领,天岳先进打造碳化硅半导体智慧工厂

人民网记者 王文娟
2023年12月05日09:35 | 来源:人民网-上海频道
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2014年突破4英寸衬底工艺;2017年突破6英寸衬底制备技术;2019年荣获国家科技进步一等奖;2021年上海临港工厂开工建设;2022年具备8英寸碳化硅衬底的量产能力;2023年产品加速“出海”进入国际大厂供应链……创立十余年来,山东天岳先进科技股份有限公司(以下简称天岳先进)从一家科技型民营企业,发展成中国碳化硅半导体材料领域的领军企业。

天岳先进

天岳先进

“企业创立之初,天岳的使命就是立志摆脱关键材料受制于人的处境,十三年来,天岳始终坚持走技术引领的发展之路,掌握关键技术,推动产业发展。”天岳先进董事长宗艳民说,“公司已经进入博世集团、英飞凌等国内外知名半导体、汽车电子等国内外知名企业的供应链。”

随着公司上海临港工厂投产,公司的产能得以继续爬坡。公司已从产品质量、产品性能、产品尺寸、产业化能力等多个维度引领行业发展,跻身世界碳化硅衬底第一梯队。

碳化硅半导体材料成为电力电子行业减排增效首选材料

在“碳达峰、碳中和”大背景下,电气化发展和电能的高效利用成为全球能源变革的重要发展方向。碳化硅半导体材料依靠优良的物理性能成为电力电子行业实现减排增效的首选材料,已广泛应用于新能源汽车、轨道交通、新能源发电等领域,是国家绿色低碳、数字智能高速发展所需的新型半导体材料,碳化硅半导体迎来历史性机遇。

什么是碳化硅半导体材料?碳化硅是一种典型的第三代半导体衬底材料,又称为“宽禁带半导体材料”,其禁带宽度大于2.3电子伏特(eV),在禁带宽度、击穿电压强度、饱和载流子漂移速度、热导率等关键参数方面相比第一、二代衬底材料具有显著优势。采用碳化硅半导体材料制备的半导体器件在实现更高的开关速度和效率的同时,可大幅降低功耗和体积、提高能量转换效率,和绿色低碳发展的需求高度契合。

“但优越的物理性能背后是精密且复杂的制备工艺,碳化硅单晶的生长需要在高温低压密闭环境下进行,且微小的环境变化都会引起晶格错乱从而影响衬底材料的品质,” 宗艳民说。

据了解,碳化硅单晶衬底制备具有极高的技术壁垒,目前国际上仍然只有少数企业能够实现大规模生产。碳化硅晶体生长过程是在密闭高温环境下,将原材料升华,碳原子和硅原子按4H晶型重新排列组合生长成碳化硅单晶。整个生长过程不可视,可直接测量手段有限,且影响晶体生长的环境变量众多,耦合关系复杂。传统的技术更迭仅能通过调整少数变量摸索工艺,且需要大量的工程化实验,技术升级周期长,工艺产业化难度大。

6英寸导电型碳化硅衬底

6英寸导电型碳化硅衬底

为此,天岳先进引入了数字化智能化生产,基于仿真模拟、模型训练、人工智能优化算法、精确控制等技术,研究影响晶体生长的关键核心工艺参数的变化规律和产品质量以及制备效率之间的关联性,通过对单晶生长过程中的众多变量进行多目标优化分析,将仿真模拟和长期积累的生产数据相结合,大幅提升产品的研发速率,成为公司快速发展的重要抓手。

技术领先,率先掌握8英寸碳化硅衬底制备技术

据了解,全球新能源汽车、绿色电力和储能等终端市场发展势头迅猛,下游应用领域对碳化硅衬底材料的需求呈现持续旺盛的趋势。

目前,在产品方面,天岳先进以6英寸导电型碳化硅衬底为主,满足全球客户的需求;产能上,天岳上海临港工厂已经进入产品交付阶段,持续提衬底的产量;规模化生产衬底质量稳定可靠。

在技术及研发方面,天岳先进持续保持较高的技术研发投入,积极布局前瞻性技术。2022年,天岳先进通过持续不断的技术积累,已经掌握了世界最大尺寸8英寸碳化硅衬底的制备技术。2023年,天岳先进采用液相法制备出了低缺陷的8英寸晶体,尚属业内首创。

8英寸碳化硅衬底

8英寸碳化硅衬底

2023年5月3日,天岳先进上海工厂产品交付仪式在上海临港举行。中国自由贸易试验区临港新片区党工委副书记吴晓华表示:“上海天岳不仅是临港在集成电路产业材料领域的龙头,更是临港实现自主可控、全链布局集成电路产业不可或缺的重要组成。”

公司上海临港工厂采用智能制造设计理念,率先打造碳化硅衬底领域智慧工厂,通过AI和数字化技术持续优化工艺,为产能提升打下重要基础。

天岳先进上海工厂

天岳先进上海工厂

“坚持科技创新是公司不变的追求,我国‘十四五’规划已将碳化硅半导体纳入重点支持领域,碳化硅半导体核心技术必须掌控在我们自己手中。”宗艳民表示。据悉,每年公司研发投入占比达到了销售收入的20%以上。

天岳先进将继续践行技术引领发展的理念,重视研发,依托智能制造理念,提升技术实力,积极扩大产能规划,力争成为国际著名的半导体材料公司。(图片均由天岳先进提供)

(责编:王文娟、轩召强)

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