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    神奇的“超新星”,是一面鏡子?

    發表時間: 2022-03-14 00:00:00

    作者: 江小北

    來源: 南京江北新區公眾號

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    近乎標準圓形的純色薄片,質地通透,易碎但用途廣泛。 如果你認為這是一面鏡子,那小北就要好好給你科普一番了。
    《企飛江北》第六期

    一起攻克芯片制造的“卡脖子”問題



    近乎標準圓形的純色薄片,質地通透,易碎但用途廣泛。

    如果你認為這是一面鏡子,那小北就要好好給你科普一番了。



    這塊形似鏡子的薄片,名為碳化硅襯底,是第三代半導體芯片制造所必需的材料。別看它不過成年人手掌大小,卻是要越過極高的技術壁壘才能制作投產。

     

    目前,全南京只有位于新區的“超芯星”實現了6英寸碳化硅襯底的批量生產,并且成功研制了國內首臺套高速率碳化硅單晶生長設備,是全國唯一一家同時擁有兩種量產長晶技術路線的半導體公司。

    什么是碳化硅襯底?




    回答這個問題之前,我們首先要理解芯片的構造。


    每每提及芯片二字,你的腦海中是不是會浮現出一個扁平的黑色方塊?這肉眼可見的黑色部分,其實是封裝芯片的保護殼。


    真正的芯片非常脆弱,其本體是包含大量集成電路的細小薄片,需要從晶圓中分割而成。晶圓是經由沉積、光刻、注入、刻蝕等大量工序后制成的圓形薄片,是集成電路的載體,而襯底則指尚未加工的晶圓,是芯片制作的基板材料。三者關系可列為襯底—晶圓—芯片。一整片晶圓在切割后,可以得到數個芯片。



    簡單來說,襯底是芯片制造的核心基礎,位于整套工藝的最上游端。如果把后續工藝比喻為種植莊稼,那襯底制作就是開墾土地。只有土地肥沃,莊稼才能茁壯生長;也只有襯底足夠大、材料特性足夠好,芯片制作才能以更低的成本達到更高的性能。


    碳化硅襯底,顧名思義,當然是用碳化硅制成的襯底。


    與傳統材料相比,碳化硅擁有更優異的物理化學特性,由其制造的半導體器件具備大功率、耐高溫高壓、低能耗等優勢,能實現電子電力系統的小型化、輕量化、高效化和低耗化。這也使其成為當下最炙手可熱的第三代半導體材料,應用前景極為廣闊。


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    在航空航天、軌道交通、智能電網、5G通訊等重要國防和民用領域,碳化硅已逐漸成為“新基建”的核心材料,而白色家電、電動汽車這些更貼近生活的領域,碳化硅芯片同樣發揮著大作用。


    以近年來愈發火熱的電動汽車為例,碳化硅模塊的應用會使其平均續航能力提升7%-10%,汽車PCU體積減少80%,能耗降低75%以上。這無疑對支持國家“碳達峰、碳中和”目標實現有重要意義。

     


    超新星一般的超芯星




    作為半導體材料界的“小紅人”,碳化硅卻并非自然界的“土特產”,而是來源于遙遠的外太空,1893年由法國科學家亨利·莫瓦桑在一塊隕石碎片中發現。


    當前,碳化硅單晶只能依靠人工合成獲得,國內大批量制造的襯底也普遍在4英寸,大尺寸襯底短缺且昂貴,下游應用端成本難以降低。如何跨越尺寸限制,是芯片產業發展的關鍵問題。


    面對“卡脖子”技術,超芯星向大尺寸碳化硅襯底邁出了自主可控的重要一步。



    2019年10月,成立不到半年的超芯星推出了大尺寸(6-8英寸)碳化硅單晶襯底材料,這也是國內首創大尺寸擴徑技術。從4英寸到6英寸,不僅是2英寸的擴展,更是代表著關鍵技術的攻關和生長工藝的改進。


    2020年,超芯星聚焦單晶生長技術突破,創新自研原本依賴進口的生長設備,全國首臺套高速率碳化硅單晶生長設備從這里誕生。在國內業界尚未開展液相法的時候,超芯星已能同時布局兩種技術路線。


    2021年,超芯星榮譽與融資“雙豐收”,不僅成為新區的培育獨角獸企業,還收獲了數億元的A+輪融資,用于加筑技術壁壘、加碼產品迭代,為創新發展注入強動力……



    “碳化硅源自超新星爆炸產生的隕石,碳化硅襯底材料是芯片的基礎,我們公司取名‘超芯星’,也是希望能成為行業中的新星?!?/span>


    正如公司的聯合創始人袁振乾所說,短短三年時間,超芯星給整個半導體行業帶來了諸多驚喜,每一項技術突破,都如超新星爆炸般耀眼。


    目前,超芯星已實現了晶體生長、加工、檢測的全線貫通,設計年產6英寸碳化硅襯底約兩萬片。

     


    未來,新區“芯”力量




    在超芯星的企業宣傳冊中,有這么一句標語:沒有“芯”材料,何談自主創“芯”。


    通過自主創新來自主創“芯”,這正是董事長劉欣宇不變的初心。在瑞典深造的經歷,讓他深刻意識到半導體材料自主可控的重要性。為此,他選擇回國創業,超芯星橫空出世。


    正因助力國產芯片產業發展的迫切之心,超芯星團隊始終將自主創“芯”作為前進的方向。即使已經實現了6英寸碳化硅襯底的批量生產,他們依然將研發當作主線,專注于大尺寸、高質量碳化硅襯底生產技術的攻堅,不斷取得實質性的技術突破。截至2021年,團隊已收獲24項專利。



    創新的內核總會相互吸引,超芯星于2020年選擇落地新區,現已建立起二期廠房,實現了全面通線。


    “我們承擔了江蘇省8英寸碳化硅項目,以后在產品方面也將發力8英寸及更大尺寸,在設備方面則是規劃自研設備?!闭劶拔磥?,袁振乾臉上是揮之不去的笑意:“三期擴產規劃已經啟動,規劃產能30-50萬片,是目前產能的15-25倍。B輪融資也已經啟動,正和多家機構洽談中,今年會有兩輪融資?!?/span>



    站在近5000平的巨大廠房中,嚴格按照標準設立的車間干凈整潔,巨大的生產設備發出陣陣轟鳴,熱愛技術創新的研發人員們兢兢業業,半導體新材料的未來正在這里揚帆起航。


    相信在新區這片創新熱土上,超芯星能夠成為領先的碳化硅半導體材料研發生產企業,助力解決材料卡脖子問題,為新區打造“兩城一中心”貢獻“芯”力量,為中國碳化硅以及半導體產業發展創造“芯”未來。


    COPYRIGHT (©) 2022 Hypersics Semiconductor Co Ltd 

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