2013年大學畢業進入碳化硅研發團隊工作,現擔任山西爍科晶體有限公司粉料部經理的馬康夫,近十年的職場打拼都是在圍著“碳化硅”轉。成長的喜悅和煩惱都是為了一片片薄薄的碳化硅晶片。
2020年9月,山西爍科晶體有限公司整體由市區遷至位于山西綜改示范區的中國電科(山西)碳化硅材料產業基地。3月12日,記者在基地辦公大樓一層大廳看到,碳化硅粉料、碳化硅單晶錠、碳化硅晶片等展品一字排開,閃爍著特有的光澤。這一件件凝結著科研、生產人員智慧和心血的展品,印證了爍科人矢志不渝,突破碳化硅材料“卡脖子”技術的艱辛之路。
從研制碳化硅單晶生長爐起步,歷經11年艱苦探索,攻克生產碳化硅晶片的兩大關鍵技術——
實現從0到1的跨越
據介紹,碳化硅是全球最先進的第三代半導體材料,和第一代的硅、第二代的砷化鎵材料相比,具有耐高壓、高頻、大功率等優良的物理特性。一片狀如光盤、厚度僅500微米的高純半絕緣碳化硅晶片市場售價近萬元,是新一代雷達、衛星通信、5G基站等重要領域的核心材料。導電型的碳化硅晶片也可用在高壓輸變電、軌道交通、電動汽車等領域。
長期以來,我國碳化硅從粉料到晶片依賴進口,渠道不穩定,質量不可控,且價格昂貴。爍科公司碳化硅研發團隊從研制碳化硅單晶生長爐起步,到攻克生產碳化硅晶片的兩大關鍵技術——晶體生長和晶片加工,歷經11年的艱苦探索,成功實現從0到1的跨越。
核心技術是國之重器。市場換不來核心技術,有錢也買不來核心技術,必須靠自己研發、自己發展。’習近平總書記的重要指示,我們時刻牢記在心。”該公司總經理李斌回憶說,十余年來,碳化硅研發團隊兩代科研人員潛心鉆研碳化硅單晶生長爐的研制,掌握了晶片加工的制備工藝,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N型以及高純半絕緣碳化硅單晶襯底的研發,一舉突破國外對我國碳化硅晶體生長技術的長期封鎖。
走進基地單晶生長車間,記者透過玻璃幕墻看到,靜靜的車間里,數百臺生長設備整齊排列,溫度高達2000攝氏度以上的生長爐內每分每秒都在發生著變化。
然而,在生長的過程中,晶體中如果出現僅有頭發絲幾十分之一細的管狀孔洞也可能影響整個晶體的生長質量,且由于爐內溫度過高,無法人工干預。把生長好的晶錠用金剛石線切成一片一片的圓片,再進行研磨、拋光,對環境、工藝的要求十分苛刻。馬康夫介紹說:“我們用了十多年時間突破了這兩大關鍵技術,整個團隊中既有擅長設備的,又有研究材料、工藝的。遇到難題,大家從各自領域查找問題,集中力量展開攻關,不理出個頭緒來,連飯也顧不上吃。”
為了實現從0到1的跨越,碳化硅研發團隊引進了1名外國專家、從培養了多名國內碳化硅領域領軍人才的山東大學引進了魏汝省博士等數名專業人才。集團撥付了專項人才引進資金,支持碳化硅產業做強做優。
從開工到投產用時僅10個月,目前碳化硅半導體材料國內市場占有率超過50%——
闊步從1邁向100
如何實現從1到100的跨越?以土地置換的方式,整體退城入園!
2018年,山西省政府與中電科集團達成戰略合作關系,展開全方位合作。通過吸引上游企業,形成產業聚集效應,完善三代半導體產業生態鏈,建成國內最大的碳化硅材料供應基地。這是央地合作的重大戰略布局,將徹底破解國外對我國碳化硅封鎖的局面,實現完全自主可供。
中國電科(山西)碳化硅材料產業基地占地150畝,一期項目于2019年4月開工建設,9月主體封頂,12月設備開始搬入,2020年2月實現項目投產,前后用時僅10個月。一期項目達產后,將形成年產18萬片N型碳化硅單晶晶片、5萬片高純半絕緣型碳化硅單晶晶片的產能。目前,基地已建成粉料合成及單晶生長車間1棟,加工清洗及檢測車間1棟,建筑面積達2.6萬平方米,擁有設備500余臺;實現了高純度碳化硅單晶的商業化量產,高純碳化硅粉料純度和晶體良品率居于國際先進水平。
“基地的粉料合成設備、單晶生長設備都是我們自己研發、生產的全國產化設備。2020年,碳化硅晶片產量達3萬余片,市場占有率超過50%。今年,還將投資大力提升車間的智能化水平,建設基于5G技術的智能化、數字化車間,各個生產環節的技術參數在中控室一屏可視。”李斌介紹說。
完成1到100的跨越,提升生產管理組織的精細化、科學化水平是重要環節。中電科集團加強頂層設計,整合內部資源,2020年1月,河北普興公司趙麗霞博士管理團隊融入爍科公司,并將碳化硅業務以及設備一同并入。
更為深刻的變化是,原僅有20多人的碳化硅研發團隊于2018年10月成立爍科公司,到現在員工人數達到近300人,其中博士研究生4名。今年,公司將繼續引進各類人才100余人。在2019年完成第一輪核心骨干持股的基礎上增股5000萬元,啟動第二輪員工持股,充分調動員工積極性主動性,用事業留人、用待遇留人。
聚焦“六新”突破,轉型發展蹚新路。《山西轉型綜合改革示范區“十四五”時期高質量高速度發展行動方案》提出:搶抓國產化替代機遇,拓展與中國電科戰略合作,構建“材料-設備-芯片設計-芯片制造-封裝-應用”產業鏈,打造第三代半導體材料和器件產業集聚區。
實現“百億產值、千億市值”——在中電科集團產業版圖上,碳化硅材料產業基地亦被寄予厚望。今年春節剛過,國內已有多家廠商前來考察商討碳化硅材料的拓展應用。3月中旬,中電科集團派出券商機構前來對接,助力爍科公司早日上市。李斌充滿信心地說:“山西省對戰略性新興產業執行每度電0.3元,綜改示范區對基地建設、人才引進給予大力扶持……更加堅定了我們加快發展的決心和信心。把核心技術牢牢掌握在自己手里,我們過去是這樣走過來的,今后還將更堅定地走下去!”