中国电科第二研究所：勇于创新 打破垄断 紧握SiC材料自主研发技术

魏汝省 张 峰 姚俊怡

军民融合是兴国之举、强军之策，把军民融合发展上升为国家战略，是我们党长期探索经济建设和国防建设协调发展规律的重大成果，习近平总书记的强军思想为构建新时代军民融合发展体系提出了新的思路和方向。近年来，中国电子科技集团公司第二研究所（以下简称“电科2所”）围绕国家深化军民融合发展战略，聚焦第三代半导体碳化硅（SiC）单晶材料，抢抓新机遇、打造新动能，不断突破技术壁垒，大力发展自主装备支撑下的碳化硅材料产业，矢志成为国内三代半导体材料主力军。

久久为功 展现电子制造装备新作为

1962年9月，电科2所在北京成立，原称无线电工艺研究所，1965年所区整体迁往山西太原。在艰苦卓绝的创业初期，电科2所一批科研人员成功研制出我国第一台波峰焊接机、第一条C型铁芯生产线和钽电容生产线。1970年，在我国第一颗人造卫星上播放的音乐“东方红”正是由电科2所自主研制的CJ-16卧式磁带机传来的。

50多年来，秉承着老一辈军工人科技报国、艰苦奋斗的精神，电科2所迎难而上、拼搏奋斗，着力铸就电子制造关键装备国产化基石，着力装备支撑下的光伏新能源等相关产业发展，以自主装备为基础，以智能制造为核心，积极投身中国制造2025，打造电子制造新业态，努力成为引领我国电子制造装备创新型领军企业。在集成电路高端装备领域，为打造智能制造装备国家队、三代半导体材料主力军不懈奋斗。

真抓实干 “核心技术”就是生命力

大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高热导率，这是第三代半导体碳化硅（SiC）单晶材料最响亮的“名片”。作为新一代雷达、卫星通讯、高压输变电、轨道交通、电动汽车、通讯基站等重要领域的核心材料，碳化硅(SiC)单晶在航天、军工、核能等极端环境应用领域有着不可替代的优势。它弥补了第一、二代半导体材料在实际应用中的缺陷，成为制作高温、高频、大功率、抗辐照、短波发光及光电集成器件的理想材料，并在众多战略行业具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

SiC单晶的制备是全球性难题，而高稳定性的长晶工艺技术是其核心。如今，这一“心脏技术”只有少数发达国家掌握在手，极少数企业能够实现商业化量产。而在中国，SiC单晶衬底材料长期依赖进口，其高昂的售价和不稳定的供货情况大大限制了国内相关行业的发展。

“没有极具竞争力的核心技术，一旦被国外采取措施，高科技行业就会‘休克’”。自2007年，电科2所着手布局SiC单晶衬底材料的研制规划，依靠自身在电子专用设备研发领域的技术优势，李斌带领项目团队潜心钻研着SiC单晶生长炉的研制。“千锤百炼乃成刚”，上千炉的工艺试验为设备的改进升级提供了大量的数据支持，也逐步实现了设备与工艺的融合发展。

经过多年的不懈努力，团队率先突破了高洁净密封技术、超高真空度真空管路设计等单晶生长炉关键技术，设备型号从第一代2英寸SiC单晶生长炉发展至第五代全自动6-8英寸SiC单晶生长炉。目前，最新型的单晶生长炉技术指标已达到国际先进水平并实现了量产100余台套的优异成绩。

责任扛在肩 誓当技术实力“领跑者”

“十年磨一剑、霜刃未曾试”，历经十余年的艰苦攻关，项目团队积极与国内外SiC材料制备专家团队开展交流互动，在粉料生长、晶体生长和晶体加工方面取得了长足进步，成功突破了国外企业在SiC材料方面的技术垄断。

团队中，以魏汝省博士领衔的技术研发小组攻克了高纯SiC粉料的杂质控制技术、晶型控制技术及粒度控制技术，成功开发出超高纯SiC粉料的合成工艺，粉料纯度优于99.9999%，N、B、Al等主要杂质元素浓度＜0.1ppm，技术指标达到国际领先水平，并形成了年产5吨高纯SiC粉料的高效生产能力。

王英民博士带头的技术研发小组突破了SiC单晶生长低应力控制技术、深能级点缺陷控制技术、高平坦度低翘曲度表面超精密加工技术等系列关键技术开发，在国内率先完成4英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底材料的工程化和6英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的研发，4英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底N、B、Al等主要杂质元素浓度＜1E16atom/cm3，微管密度＜1个/cm2，电阻率＞1E8欧姆厘米，技术指标达到国际先进水平。

“强强联合 共赢创造价值”

2015年8月，电科2所与国内某元器件重点科研院所签署战略合作协议，开始了4英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底国产化的验证工作。两年时间，二十余批次的技术验证，通过紧密合作，双方逐步制定出高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的关键技术要求、检测标准。

2018年， 2所积极开展与某所的对接工作，产品各项技术指标全面对标进口晶片。经过半年的工艺技术提升，双方共同解决了高纯半绝缘4H-SiC单晶杂质浓度、缺陷密度、电阻率控制、表面形貌控制、超精密加工等一系列关键技术，4英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底成功为军工项目进行配套，并成为特定项目的指定衬底材料。经该所批量使用，碳化硅晶片外延成品率已＞95%，外延材料电学性能、稳定性、器件性能指标与进口衬底相当。

为满足量产需求，电科装备2所集合资源、优化配置，从外围配套动力保障、设备、人员、资金、政策等方面给予全方位支持，推动SiC单晶衬底材料的产业化发展。如今，合格晶片的产能已从50片/月迅速提升至500片/月，充分保证了五十五所的持续供货，为国家重大军工型号项目顺利进行提供有力支撑。

勇于革新 形成改革发展新动力

为使碳化硅材料业务板块做优、做强、做大，进一步激发劳动力和资产的活力，2018年，电科2所对碳化硅板块进行混合所有制改造，将太原艺星有限责任公司打造成碳化硅材料产业化平台，资产划转、战略投资引进、骨干员工持股，在充分利用好地方资源和外部基金的基础上，重点突破SiC材料产业化技术，不断提高产品市场供给力和竞争力。

目前，高纯碳化硅单晶衬底产线已满负荷运转，但产能仍然无法满足爆发式的国内市场需求。审时度势、未雨绸缪，2所启动了碳化硅产业化项目，在山西省转型综改示范区大力开展碳化硅材料产业化基地建设。作为中国电子科技集团公司首批启动的重点工程以及中央企业与山西省地方政府合作的重点工程，碳化硅产业化项目占地面积150亩，投资6亿元，拟建成中国最大的SiC产业化基地，将实现年产6英寸N型SiC单晶衬底18万片及6英寸高纯半绝缘SiC单晶衬底5万片的能力。

艰难困苦、玉汝于成。电科2所在SiC单晶衬底材料行业领域已成功走出了一条自主化的不平凡道路。下一步，电科2所将以4-6英寸高纯半绝缘和6英寸N型导电衬底为主要突破方向，实现国产化替代，成为国内核心器件研制单位的主流供应商，美好的发展前景正期待着2所人更加矫健的步伐和昂扬的姿态。