中國電科第二研究所：勇于創新 打破壟斷 緊握SiC材料自主研發技術

魏汝省 張 峰 姚俊怡

軍民融合是興國之舉、強軍之策，把軍民融合發展上升為國家戰略，是我們黨長期探索經濟建設和國防建設協調發展規律的重大成果，習近平總書記的強軍思想為構建新時代軍民融合發展體系提出了新的思路和方向。近年來，中國電子科技集團公司第二研究所（以下簡稱“電科2所”）圍繞國家深化軍民融合發展戰略，聚焦第三代半導體碳化硅（SiC）單晶材料，搶抓新機遇、打造新動能，不斷突破技術壁壘，大力發展自主裝備支撐下的碳化硅材料產業，矢志成為國內三代半導體材料主力軍。

久久為功 展現電子制造裝備新作為

1962年9月，電科2所在北京成立，原稱無線電工藝研究所，1965年所區整體遷往山西太原。在艱苦卓絕的創業初期，電科2所一批科研人員成功研制出我國第一臺波峰焊接機、第一條C型鐵芯生產線和鉭電容生產線。1970年，在我國第一顆人造衛星上播放的音樂“東方紅”正是由電科2所自主研制的CJ-16臥式磁帶機傳來的。

50多年來，秉承著老一輩軍工人科技報國、艱苦奮斗的精神，電科2所迎難而上、拼搏奮斗，著力鑄就電子制造關鍵裝備國產化基石，著力裝備支撐下的光伏新能源等相關產業發展，以自主裝備為基礎，以智能制造為核心，積極投身中國制造2025，打造電子制造新業態，努力成為引領我國電子制造裝備創新型領軍企業。在集成電路高端裝備領域，為打造智能制造裝備國家隊、三代半導體材料主力軍不懈奮斗。

真抓實干 “核心技術”就是生命力

大禁帶寬度、高臨界擊穿場強、高電子遷移率、高熱導率，這是第三代半導體碳化硅（SiC）單晶材料最響亮的“名片”。作為新一代雷達、衛星通訊、高壓輸變電、軌道交通、電動汽車、通訊基站等重要領域的核心材料，碳化硅(SiC)單晶在航天、軍工、核能等極端環境應用領域有著不可替代的優勢。它彌補了第一、二代半導體材料在實際應用中的缺陷，成為制作高溫、高頻、大功率、抗輻照、短波發光及光電集成器件的理想材料，并在眾多戰略行業具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。

SiC單晶的制備是全球性難題，而高穩定性的長晶工藝技術是其核心。如今，這一“心臟技術”只有少數發達國家掌握在手，極少數企業能夠實現商業化量產。而在中國，SiC單晶襯底材料長期依賴進口，其高昂的售價和不穩定的供貨情況大大限制了國內相關行業的發展。

“沒有極具競爭力的核心技術，一旦被國外采取措施，高科技行業就會‘休克’”。自2007年，電科2所著手布局SiC單晶襯底材料的研制規劃，依靠自身在電子專用設備研發領域的技術優勢，李斌帶領項目團隊潛心鉆研著SiC單晶生長爐的研制?！扒уN百煉乃成剛”，上千爐的工藝試驗為設備的改進升級提供了大量的數據支持，也逐步實現了設備與工藝的融合發展。

經過多年的不懈努力，團隊率先突破了高潔凈密封技術、超高真空度真空管路設計等單晶生長爐關鍵技術，設備型號從第一代2英寸SiC單晶生長爐發展至第五代全自動6-8英寸SiC單晶生長爐。目前，最新型的單晶生長爐技術指標已達到國際先進水平并實現了量產100余臺套的優異成績。

責任扛在肩 誓當技術實力“領跑者”

“十年磨一劍、霜刃未曾試”，歷經十余年的艱苦攻關，項目團隊積極與國內外SiC材料制備專家團隊開展交流互動，在粉料生長、晶體生長和晶體加工方面取得了長足進步，成功突破了國外企業在SiC材料方面的技術壟斷。

團隊中，以魏汝省博士領銜的技術研發小組攻克了高純SiC粉料的雜質控制技術、晶型控制技術及粒度控制技術，成功開發出超高純SiC粉料的合成工藝，粉料純度優于99.9999%，N、B、Al等主要雜質元素濃度＜0.1ppm，技術指標達到國際領先水平，并形成了年產5噸高純SiC粉料的高效生產能力。

王英民博士帶頭的技術研發小組突破了SiC單晶生長低應力控制技術、深能級點缺陷控制技術、高平坦度低翹曲度表面超精密加工技術等系列關鍵技術開發，在國內率先完成4英寸高純半絕緣碳化硅單晶襯底材料的工程化和6英寸高純半絕緣碳化硅單晶襯底的研發，4英寸高純半絕緣碳化硅單晶襯底N、B、Al等主要雜質元素濃度＜1E16atom/cm3，微管密度＜1個/cm2，電阻率＞1E8歐姆厘米，技術指標達到國際先進水平。

“強強聯合 共贏創造價值”

2015年8月，電科2所與國內某元器件重點科研院所簽署戰略合作協議，開始了4英寸高純半絕緣碳化硅單晶襯底國產化的驗證工作。兩年時間，二十余批次的技術驗證，通過緊密合作，雙方逐步制定出高純半絕緣碳化硅單晶襯底的關鍵技術要求、檢測標準。

2018年， 2所積極開展與某所的對接工作，產品各項技術指標全面對標進口晶片。經過半年的工藝技術提升，雙方共同解決了高純半絕緣4H-SiC單晶雜質濃度、缺陷密度、電阻率控制、表面形貌控制、超精密加工等一系列關鍵技術，4英寸高純半絕緣碳化硅單晶襯底成功為軍工項目進行配套，并成為特定項目的指定襯底材料。經該所批量使用，碳化硅晶片外延成品率已＞95%，外延材料電學性能、穩定性、器件性能指標與進口襯底相當。

為滿足量產需求，電科裝備2所集合資源、優化配置，從外圍配套動力保障、設備、人員、資金、政策等方面給予全方位支持，推動SiC單晶襯底材料的產業化發展。如今，合格晶片的產能已從50片/月迅速提升至500片/月，充分保證了五十五所的持續供貨，為國家重大軍工型號項目順利進行提供有力支撐。

勇于革新 形成改革發展新動力

為使碳化硅材料業務板塊做優、做強、做大，進一步激發勞動力和資產的活力，2018年，電科2所對碳化硅板塊進行混合所有制改造，將太原藝星有限責任公司打造成碳化硅材料產業化平臺，資產劃轉、戰略投資引進、骨干員工持股，在充分利用好地方資源和外部基金的基礎上，重點突破SiC材料產業化技術，不斷提高產品市場供給力和競爭力。

目前，高純碳化硅單晶襯底產線已滿負荷運轉，但產能仍然無法滿足爆發式的國內市場需求。審時度勢、未雨綢繆，2所啟動了碳化硅產業化項目，在山西省轉型綜改示范區大力開展碳化硅材料產業化基地建設。作為中國電子科技集團公司首批啟動的重點工程以及中央企業與山西省地方政府合作的重點工程，碳化硅產業化項目占地面積150畝，投資6億元，擬建成中國最大的SiC產業化基地，將實現年產6英寸N型SiC單晶襯底18萬片及6英寸高純半絕緣SiC單晶襯底5萬片的能力。

艱難困苦、玉汝于成。電科2所在SiC單晶襯底材料行業領域已成功走出了一條自主化的不平凡道路。下一步，電科2所將以4-6英寸高純半絕緣和6英寸N型導電襯底為主要突破方向，實現國產化替代，成為國內核心器件研制單位的主流供應商，美好的發展前景正期待著2所人更加矯健的步伐和昂揚的姿態。