近日，广东省科技厅官网发布2023年度广东省科学技术奖拟奖公示，由广东天域半导体股份有限公司（下称“天域半导体”）牵头的“6英寸n型4H碳化硅外延材料关键技术及产业化”项目（下称“项目”）获得省科学技术奖科技进步奖二等奖。

项目成果——6英寸 n 型4H碳化硅外延片

在起步较晚、高质量外延材料多半靠进口的国内碳化硅行业，该项目实现了何种突破？又为产业带来了哪些可能性？据天域半导体副总经理、研发总监韩景瑞介绍，该项目突破了碳化硅外延材料在尺寸、耐压度等方面的一系列技术难题，提升了国内碳化硅外延技术的成熟度，意味着国内碳化硅外延材料的研发生产能力已经达到一定水平，也为后续更大尺寸碳化硅外延片的研发和生产奠定了基础。

天域半导体位于东莞松山湖北部工业城，是国内知名的第三代半导体衬底材料企业。2023年，天域半导体营收突破了10亿，其中本项目的产品收入占比99%以上。

从4英寸到6英寸，实现碳化硅外延片国产替代

碳化硅是第三代半导体核心材料，外延更是这个产业链里最关键的环节。然而，高质量碳化硅外延材料和相关技术过去一直面临着严重的“卡脖子”问题，对碳化硅产业链上下游而言，打破技术封锁、实现国产替代显得尤其重要。

4英寸、6英寸碳化硅外延片

此次获奖项目研制出基于6英寸n型4H-SiC单晶衬底的外延材料，在国内首次将碳化硅外延材料的量产尺寸由4英寸提升到6英寸，大幅降低了碳化硅功率器件的成本；实现了从650V到20kV的耐压等级覆盖，填补了国内产业因国外禁运3300V及以上外延材料造成的空白；产品类型丰富，包括单极型、双极型器件用的n型、p型、n/p多层复合型等多种类型，顺利实现了高质量6英寸碳化硅外延材料的“国产替代”。

量产6英寸外延晶片

据天域半导体研发副总监丁雄杰介绍，项目在碳化硅外延材料领域实现了一系列重大技术突破，包括通过制定国家标准，确立了碳化硅晶体材料的光学检测识别标准，为行业提供了统一的质量评价体系；利用仿真平台，深入探究了化学气相沉积（CVD）过程中的微观动力学机制，为缺陷控制提供了科学依据；利用仿真技术优化了外延生长工艺，提高了产品的掺杂浓度和厚度均匀性……

值得一提的是，项目通过调整比例和生长温度等参数，佐以高温氧化结合长时间低温氢气退火等工艺，显著提升了厚外延材料的少子寿命，优化后少子寿命大于7微秒（μs），是其本征寿命的10倍以上。“这个水平在国际上也是先进的。”丁雄杰直言道。

发挥“头雁”带动作用，助力第三代半导体产业发展

项目从关键技术研究到成果转化实现产业化并非一蹴而就的。在丁雄杰看来，项目的成功源自多方面的积累，在十余年间，从人才、技术工艺的积累，到设备、研发场所等“硬件”方面的持续投入，缺一不可。

前期，天域半导体利用德国、意大利等进口设备进行了大量实验，积累了宝贵的外延工艺经验。这一阶段的实践不仅为本项目的开发打下了基础，同时也培养了一支“千锤百炼”的工程师队伍。这些工程师至今仍发挥着中坚作用，持续推动着企业的创新发展。

据介绍，项目早期，为确保研发工作顺利进行，天域半导体投入了大量资金购买当时只能从海外供应商处获得的6英寸衬底原材料，随着国内碳化硅产业的发展，天域半导体开始布局，更加强调与国产衬底厂商的合作，这一举措不仅在项目成果应用推广过程中保障了原材料的供应，也为后续天域半导体进行8英寸外延材料开发培养了一批关系紧密的技术伙伴。

天域半导体在成功实现从4英寸到6英寸外延材料的转化后，基于项目基础，迅速展开8英寸碳化硅外延相关研究，如今，天域半导体的8英寸产品已成功导入量产，是全球最早实现8英寸碳化硅外延片量产的企业之一，这一过程中，国产设备、国产衬底原材料的作用功不可没。

天域半导体也为国内下游厂商带来了实质性利好——国产外延材料的就近、大批量供应，将加速碳化硅材料在新能源汽车、智能电网、光伏逆变等关键领域的应用，推动产业升级和技术创新。

8英寸外延晶片

从行业角度来看，该项目的产业化效应同样不容小觑。通过降低材料成本，该项目加快了碳化硅材料的应用进程，提升了其市场竞争力。这有助于碳化硅材料在更广泛领域的应用，进一步扩大其市场份额，为国内碳化硅产业的长远发展注入新动力。

【撰文】谢麦诗 唐卓 郑家琪

【图片】受访者供图