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碳化硅量產給我國提供后發優勢
DQZHAN訊：碳化硅量產給我國提供后發優勢
為了緩解能源危機，國家大力倡導綠色能源，發展光伏發電、風能發電。在電能的產生、輸送和分配過程中，電力傳送效率和使用效率至關重要。當前的電力傳輸功率器件主要是基于半導體硅材料，由于硅的物理性能已經發掘殆盡，電力傳送效率和使用效率無法進一步的提升。近日，泰科天潤半導體科技(北京)有限公司實現了碳化硅功率器件的量產，打破了歐、美、日長期以來的技術壟斷，邁開了我國碳化硅功率器件產業化發展的**步。對此，記者采訪了泰科天潤總經理陳彤，進一步了解碳化硅功率器件的性能特點，實現量產需要克服哪些技術難題?碳化硅功率器件產業化對我國有哪些深遠意義?
碳化硅材料將帶來**性變化
記者：碳化硅是第三代半導體，與**代**代有什么區別?
陳彤：碳化硅是半導體界公認的“一種未來的材料”，是新世紀有廣闊發展潛力的新型半導體材料。碳化硅屬于寬禁帶半導體，物理特性與硅有很大不同。單晶碳化硅比單晶硅具有很多優越的物理特性，例如(1)大約10倍的電場強度;(2)大約高3倍的熱導率;(3)大約寬3倍禁帶寬度;(4)大約高一倍的飽和漂移速度。
比如：汽車里面有一整套的水冷系統，裝置散熱片重達兩到四公斤，成本高體積大份量重，可控性又差。使用碳化硅材料可以直接抗高溫，用了碳化硅器件后散熱片可以直接拿掉，從幾公斤的系統散熱片變成零，這是一個**性變化。
記者：碳化硅主要應用在哪些方面，您能簡單介紹一些嗎?
陳彤：碳化硅在高效功率器件方面有著廣泛的應用，有望從本質上提高電力傳送效率和使用效率。可以大幅減少能耗，減小電力設備體積和重量，降低各項設備系統的整體成本，提高系統的可靠性，廣泛用于電動汽車、太陽能電池、智能電網、UPS電源、變頻空調等領域。
有關實驗結果表明,碳化硅光伏逆變器比硅器件光伏逆變器效率高，在30KHz時能提高3%以上;采用碳化硅生產的功率模塊較硅模塊體積減少60%。電動機采用變頻調速可節電20%以上。各種風機、水泵電機的總耗電量約占國內發電量的36%，如采用變頻調速技術，每年可節電659億度，相當于三個葛洲壩電站的發電量。據測算，如果國內電機的驅動都采用功率半導體進行變頻調速，則國內總用電需求量將降低15%到20%。
國外等待中國市場的成熟中國需搶占時間差
記者：當前全球的半導體碳化硅產業格局如何?中國有多大機會?
陳彤：從現在產業格局來講，主要是三大板塊：歐洲、日本、美國，歐洲有一家企業，日本兩家，美國也是兩家。其中，美國是全球碳化硅老大，占的市場份額*大。英國的主導產品還是硅，其碳化硅還在積累中。日本的企業就比較特殊，他們喜歡做到終端產品，不會買中間某個配件。美國公司是碳化硅材料起家，設計不同的芯片，不同的方向，通過各種各樣的技術積累來推動。
國外已經都把路線走通了，在等著中國市場的成熟。
記者：如何搶占這個時間差?
陳彤：國外在發展，不會等我們。契機點正好在這個時候，由于現在國外經濟大環境的影響，半導體并不在高峰期，而是處在低谷期。我們借助這個時間差，抓住國外喘息的時候，開始做這個項目。
在這方面，國外人力、設備、經驗，有長期的積累，我們還是落后一點。為此，整個團隊都是“5+2”、“白+黑”的投入。一年多時間里面，從立項到實現量產，我們干出了半導體企業“深圳速度”。拿出一系列的成績，可靠性得到了第三方的認可，與用戶銜接起來，碳化硅二極管基本上與國外處在同一水平。
像其他晶體管開發上還與國外存在差距，落后幾年的時間。我們有信心繼續以深圳速度追趕，因為平臺和團隊都穩定了，可以開發出國內用戶需要的定制產品。
量產需要把握設備、人才、管理三大要素
記者：在開拓階段遇到哪些難題?
陳彤：*大的難題就是，沒有人教我們，摸著石頭過河，不管研發結果是好是壞，都需要一定的時間周期，長達一個月甚至兩個月投入精力分析。
另外，建立這樣的團隊也不容易，國內沒有現有的人才，我們就從幾個方面集合優勢，湊出了一個團隊。我們只知道這個方向是對的，往前走會碰到什么，并不知道。用一個比喻來描述：趟著河過的時候，而且每走一步都會踢到石頭，咬著牙挺過來。現在，我們已經摸到河對岸了。
記者：實現量產，需要做好哪些方面的工作?
陳彤：首先是設備，設備生產線是硬件層面的準備。碳化硅的量產與實驗室設備、單片機設備完全不是一個概念。實驗室是做技術樣品和指標的，擁有的都是單片，放進去調溫、測試，出來能過就行，沒有量產的考慮。此外，通用半導體設備沒有完全為碳化硅做定制的，針對碳化硅材料的特性，設備要改進很多環節。
因此，產業化要上量，必須有投入;要想實現什么樣的量產設備就意味著什么樣的投入。從設備到做出量產的生產線，整個投入非常大，公司**期投入1.2億元。
其次就是人才方面的準備。我們有很多工藝，每一個工藝都需要高素質、專業型人才。在碳化硅量產還是空白的情況下，人才也是空白，我們都用現在技術人員來適應、學習碳化硅量產的工藝技術要求。
同樣，企業管理也非常重要。量產涉及到工藝控制，半導體各個環節都要做到非常精準，才能做出穩定且成品率高的產品，這需要很嚴格的管理，比如每一個人的態勢、操作手法等等都需要有非常嚴格的規范。工程師還要能夠對碳化硅的結果進行判斷，這種判斷都需要工藝上的積累和沉淀。因為一些小環節一旦出現百分之正負一的差別，在終端顯示出來可能就是百分之正負十的差別。
記者：泰科天潤這次量產產品包含哪些?生產能力如何?
陳彤：公司本次推出批量生產以碳化硅為材料的肖特基二極管，產品涵蓋600V-3300V等中高壓范圍，其中，600V/10A，1200V/20A等產品成品率達到國際**水平，600V/50A，1200V/50A實現量產突破，1700V/10A，3300V/5A兩個產品也已經完成研發過程，一旦確認具體應用客戶，將加入到量產產品行列中。
目前碳化硅器件還處在量產基礎規模的打通環節，現在產品正在給客戶體驗。現在的生產能力是4000片，后續的話要向5000片努力。
在保障市場供應方面，這又需要摸著石頭過河。今年的規劃主要有三個方面。一是繼續穩定我們的工藝，不斷提高成品率，這個是競爭力的基礎，這也是我們一個長期的目標。二是把客戶更緊密地聯系起來，服務好用戶，并推廣到消費者手中。三是研發目標。我們現在一方面是承擔了北京市科委的一個項目，另一方面我們也做晶體管下一步型號的開發，緊追國際的研發水平。
2014是碳化硅產業關鍵年決定下一個30年
記者：量產對我國電子功率器件產業發展有何深遠意義?
陳彤：2014年，對整個碳化硅產業來講非常關鍵。我國的功率器件長期處在落后的局面。目前碳化硅與國外處在相對同步發展的階段，如果我們這一步沒有跟上，接下來后面的30年可能重回硅功率器件的老路，長期被國外企業高利潤壟斷，這種壟斷使得對方的鐵在中國買出金子的價格。如果抓住這個機會，中國就有可能站在電子功率器件的**領域，整個電子功率器件全球產業化競爭局面也會被改寫。
現在中國碳化硅量產，給我國一個后發優勢的機會，能不能在做好硅的同時，也做好碳化硅產品，這就意味著我們能否在下一個30年掌握國際主動權。

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