科技日报记者 王海滨
这个春天里，我国三代半导体新材料产业萌动生发，蓄势待发。
刚刚闭幕的全国两会，第三代半导体成为两会的热词之一。日前发布的“十四五”规划和2035年远景目标纲要中提出，我国将加速推动以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体新材料新技术产业化进程，催生一批高速成长的新材料企业。
山西烁科生产的6寸N型碳化硅衬底
业内专家对我国第三代半导体的发展持积极态度，他们提出，第三代半导体材料或许可以成为我们摆脱集成电路被动局面，实现芯片技术追赶和超车的良机。
半导体新材料数个千亿级产业体系呼之欲出
碳化硅是全球最先进的第三代半导体材料。和第一代的硅、第二代的砷化镓材料相比，它具有耐高压、高频、大功率等优良的物理特性，是卫星通讯、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，尤其是在航天、国防等领域有着不可替代的优势。
3月17日，山西烁科总经理李斌接受科技日报记者采访时说：“碳化硅产业正处于高速发展时期，大力发展碳化硅产业，可引领带动原材料与设备两个千亿级产业，助力我国加快向高端材料、高端设备制造业转型发展的步伐。”
李斌说，2020年，山西烁科晶体碳化硅衬底年产能已达10万片，销售3万片以上。预计2021年销售4万片，2025年预计销售30万片，年复合增长率37%。
李斌分析认为，目前，碳化硅产业原材料占企业成本的65%，到2025年，仅山西烁科一家企业的原材料需求可达6.5亿元左右。在当今全球大力发展半导体产业的情况下，十四五末，预计国内半导体材料企业原材料需求量将达千亿级别。
相应设备方面，每生产1万片碳化硅衬底即需要相应检测设备总价值预计5000万左右，到2025年仅山西省内碳化硅材料方面设备需求总计高达15亿元，国内整个半导体材料行业设备需求量总计也将达到千亿级别。
N型碳化硅晶片的作用是用于制造电力电子器件，可用于电动汽车。据介绍，目前的电动汽车续航还是个问题。如果用上碳化硅晶片的话，就能在电池不变的情况下，使汽车的续航力增加10%左右。虽然碳化硅在电动汽车上的应用才刚刚起步，但每生产一辆电动汽车，至少要消耗一片碳化硅，按照我国电动汽车保有量每年增长70%的速度来看，碳化硅仅在电动汽车领域就将带动一个千亿级的产业集群。
10年磨一剑，奋力追赶世界先进技术
碳化硅单晶的制备一直是全球性难题，而高稳定性的晶体生长工艺则是其中最核心的技术。之前，这项技术只掌握在美国人手里，且长期对我国技术封锁。过去，我国的半导体材料长期依赖国外进口，由此带来的问题就是半导体材料价格昂贵、渠道不稳，随时都可能面对禁运的风险，而且产品的质量也难以得到有效保证，国人备受半导体材料和核心技术 “卡脖子”之痛。
山西烁科生产车间
山西烁科经过反复钻研攻关，最终完全掌握了这项技术，实现了高纯度碳化硅单晶的商业化量产。3月16日，科技日报记者来到山西烁科生产车间，数百台碳化硅单晶生长炉整齐地列成一排，生长部经理、高级工程师毛开礼说：“碳化硅晶片就在里面安静地生长。”
粉料部经理马康夫介绍，碳化硅晶片之所以如此珍贵，除了它应用范围广泛外，还因为碳化硅的生产技术非常不易。一个直径4英寸的晶片一次可以做出1000个芯片，而直径6英寸的晶片一次则可以做成3000个芯片。从4英寸到6英寸，最关键的是晶体的生长。