科创中国

成果简介 碳化硅是制造高温、高频、大功率半导体的理想衬底材料，2021年3月，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》“集成电路”领域中，重点提出碳化硅(SiC)、氮化镓 等宽禁带半导体发展。计划举全国之力，在教育、科研、 开发、融资、应用等各个方面，大力支持发展第三代半 导体产业。碳化硅产业发展SiC半导体就离不开工艺生 长装备的支持，因其工艺的特殊性与机密性，设计开发国产化碳化硅核心生长装备。针对6英寸SiC单晶设备国产化中存在的真空度漏 率大、温度及压力控制精度差、实时监控困难等问题，我公司自主研发的国产化设备采用新型高真空密封结构，新型环形均匀充气结构，智能全自动精准压力控制 控制，运动机构稳定精度高，真空保压性能稳定，能够 实现快速稳定单晶生长。性能参数如下：最高温度：>2400℃;控温精度：±1℃,控压精度：±1%;极限真空：1×10-4Pa;真空漏率：≤1×10-9mbar ·L/s;单晶生长速率：>1cm/100h;单位能耗<3500kWh/kg。

在碳化硅晶体生长中，高温真空低漏率和中频热场精确控制是实现高 质量，快速单晶生长的关键技术。我公司通过理论建模和大量的实验研究， 申请了发明专利“一种基于晶体炉的加热组件结构”,通过改变优化感应 线圈的结构设计，实现对热场的稳定、精确加热。通过试验研究，找到碳 化硅设备真空系统的结构、密封形式、密封材质选用、动静密封结构对设备真空系统的密封性，系统的漏气率影响规律。通，采用双层密封圈加中间隔环结构，辅助恒温的循环冷却水； 一体式精密转速控制和磁流体密封的特殊方法，保证了设备在高温下的达到高真空低漏率，技术国际领先。

本项目市场潜力巨大，市场风险较小。本项目以技术推动产业升级， 提高材料性能，降低生产成本。SiC材料可满足5G信息技术新基建领域 的新需求，解决数据中心、无线基站等信息基础设施面临的巨大能耗瓶颈 以及支撑IT移动智能终端实现小型化、轻量化、并提升续航能力，支撑 新能源汽车、智慧能源、轨道交通、智能制造等新基建优势应用领域产业

发展的迫切需求，对SiC材料的需求量呈现逐年上升的趋势。

政策风险较低，本项目符合国家产业政策规划，2021年3月，在《中 华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标 纲要》 "集成电路"领域中，重点提出碳化硅(SiC)、氮化镓等宽禁带 半导体发展。计划举全国之力，在教育、科研、开发、融资、应用等各个

方面，大力支持发展第三代半导体产业。

陈之战，现任碳化硅研究技术总工，主要负责碳化硅晶体的开发与研 究。陈之战博士团队1998年开始从事碳化硅晶体的生长研究，截至今日 拥有22年的丰富经验。陈之战博士长期在中国科学院上海硅酸盐所工作， 先后任助理研究员、副研究员和研究员，率先在国内开展碳化硅晶体生长、 加工研究、科研经费超亿元。陈之战博士协助世纪金光建设了国内第一条 完整的碳化硅晶体生长和加工中试线，曾任北京世纪金光技术总监，全面 负责碳化硅晶体生长与加工的研发与生产。发表论文100余篇，授权专利50余项，出版专著一本。郑建生，现任工艺部部长，主要负责碳化硅长晶设备的开发与研究。 其团队长期从事与机械设备的研究。设计开发80kg级蓝宝石晶体生长炉，实现批量生产与销售， 一度成为公司的盈利增长点；主要负责碳化硅晶体生长炉半导体设备的设计与开发，已经成功开发4英寸，6英寸SiC国产 化先进设备，并实现批量销售。参与组织编写申报国家专利数十项，其中以第一发明人申报专利9项。

为了研发该成果所投入的各类经费，已经取得的收益，针对尚需完善 的技术，预期需要再投入经费的金额、时间等。成果在推动科学技术进步， 保护自然资源或生态环境；保障国家和社会安全；改善人民物质、文化、

生活及健康水平等方面所起的作用。

取得的效益：截止目前已成功开发四英寸半绝缘型管式碳化硅设备， 6英寸半绝缘型管式碳化硅设备，六英寸导电型腔体式碳化硅设备；其中 四英寸半绝缘型管式碳化硅设备已批量生产销售6套(150万/套),累计 创造产值900万；六英寸半绝缘型管式碳化硅设备已批量生产销售34套 (160万/套),累计创造产值5440万；六英寸导电型腔体式碳化硅设备已

经批量生产219套(102万/套),累计创造产值2.2亿；

通过本项目的研发将在大尺寸SiC单晶设备制造技术上取得突破，提 出解决设备稳定性、重复性、可靠性等关键技术的新概念、新结构和新方 法，从而全面提升我国SiC制造的原始创新能力，增强我国在这一战略性 领域中的国际竞争力。使国内6英寸单晶生长技术快速达到国际先进水 平，由此可见，项目的研发最终会带动提升全产业链技术水平的先进性，

并形成SiC产业链，推动我国冤禁带半导体产业的快速发展。

该设备的开发与研究已实现“一种基于晶体炉的加热组件结构”、“一种籽晶加热加压装置及其使用方法”等2项发明专利以及“一种供气均匀的晶体炉结构"等9项实用新型专利的授权。同时设备产品目前已实现批  量的销售与应用，市场反馈良好。根据碳化硅晶体的技术要求与参数的个性化要求不断调整与提升设备的个性化设计，以符合更多产品市场需求。