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神奇的“超新星”,是一面镜子?

发表时间: 2022-03-14 00:00:00

作者: 江小北

来源: 南京江北新区公众号

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近乎标准圆形的纯色薄片,质地通透,易碎但用途广泛。 如果你认为这是一面镜子,那小北就要好好给你科普一番了。
《企飞江北》第六期

一起攻克芯片制造的“卡脖子”问题



近乎标准圆形的纯色薄片,质地通透,易碎但用途广泛。

如果你认为这是一面镜子,那小北就要好好给你科普一番了。



这块形似镜子的薄片,名为碳化硅衬底,是第三代半导体芯片制造所必需的材料。别看它不过成年人手掌大小,却是要越过极高的技术壁垒才能制作投产。

 

目前,全南京只有位于新区的“超芯星”实现了6英寸碳化硅衬底的批量生产,并且成功研制了国内首台套高速率碳化硅单晶生长设备,是全国唯一一家同时拥有两种量产长晶技术路线的半导体公司。

什么是碳化硅衬底?




回答这个问题之前,我们首先要理解芯片的构造。


每每提及芯片二字,你的脑海中是不是会浮现出一个扁平的黑色方块?这肉眼可见的黑色部分,其实是封装芯片的保护壳。


真正的芯片非常脆弱,其本体是包含大量集成电路的细小薄片,需要从晶圆中分割而成。晶圆是经由沉积、光刻、注入、刻蚀等大量工序后制成的圆形薄片,是集成电路的载体,而衬底则指尚未加工的晶圆,是芯片制作的基板材料。三者关系可列为衬底—晶圆—芯片。一整片晶圆在切割后,可以得到数个芯片。



简单来说,衬底是芯片制造的核心基础,位于整套工艺的最上游端。如果把后续工艺比喻为种植庄稼,那衬底制作就是开垦土地。只有土地肥沃,庄稼才能茁壮生长;也只有衬底足够大、材料特性足够好,芯片制作才能以更低的成本达到更高的性能


碳化硅衬底,顾名思义,当然是用碳化硅制成的衬底。


与传统材料相比,碳化硅拥有更优异的物理化学特性,由其制造的半导体器件具备大功率、耐高温高压、低能耗等优势,能实现电子电力系统的小型化、轻量化、高效化和低耗化这也使其成为当下最炙手可热的第三代半导体材料,应用前景极为广阔。


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在航空航天、轨道交通、智能电网、5G通讯等重要国防和民用领域,碳化硅已逐渐成为“新基建”的核心材料,而白色家电、电动汽车这些更贴近生活的领域,碳化硅芯片同样发挥着大作用。


以近年来愈发火热的电动汽车为例,碳化硅模块的应用会使其平均续航能力提升7%-10%,汽车PCU体积减少80%,能耗降低75%以上。这无疑对支持国家“碳达峰、碳中和”目标实现有重要意义。

 


超新星一般的超芯星




作为半导体材料界的“小红人”,碳化硅却并非自然界的“土特产”,而是来源于遥远的外太空,1893年由法国科学家亨利·莫瓦桑在一块陨石碎片中发现。


当前,碳化硅单晶只能依靠人工合成获得,国内大批量制造的衬底也普遍在4英寸,大尺寸衬底短缺且昂贵,下游应用端成本难以降低。如何跨越尺寸限制,是芯片产业发展的关键问题。


面对“卡脖子”技术,超芯星向大尺寸碳化硅衬底迈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)碳化硅单晶衬底材料,这也是国内首创大尺寸扩径技术。从4英寸到6英寸,不仅是2英寸的扩展,更是代表着关键技术的攻关和生长工艺的改进


2020年,超芯星聚焦单晶生长技术突破,创新自研原本依赖进口的生长设备,全国首台套高速率碳化硅单晶生长设备从这里诞生。在国内业界尚未开展液相法的时候,超芯星已能同时布局两种技术路线。


2021年,超芯星荣誉与融资“双丰收”,不仅成为新区的培育独角兽企业,还收获了数亿元的A+轮融资,用于加筑技术壁垒、加码产品迭代,为创新发展注入强动力……



“碳化硅源自超新星爆炸产生的陨石,碳化硅衬底材料是芯片的基础,我们公司取名‘超芯星’,也是希望能成为行业中的新星。”


正如公司的联合创始人袁振乾所说,短短三年时间,超芯星给整个半导体行业带来了诸多惊喜,每一项技术突破,都如超新星爆炸般耀眼。


目前,超芯星已实现了晶体生长、加工、检测的全线贯通,设计年产6英寸碳化硅衬底约两万片。

 


未来,新区“芯”力量




在超芯星的企业宣传册中,有这么一句标语:没有“芯”材料,何谈自主创“芯”


通过自主创新来自主创“芯”,这正是董事长刘欣宇不变的初心。在瑞典深造的经历,让他深刻意识到半导体材料自主可控的重要性。为此,他选择回国创业,超芯星横空出世。


正因助力国产芯片产业发展的迫切之心,超芯星团队始终将自主创“芯”作为前进的方向。即使已经实现了6英寸碳化硅衬底的批量生产,他们依然将研发当作主线,专注于大尺寸、高质量碳化硅衬底生产技术的攻坚,不断取得实质性的技术突破。截至2021年,团队已收获24项专利。



创新的内核总会相互吸引,超芯星于2020年选择落地新区,现已建立起二期厂房,实现了全面通线。


“我们承担了江苏省8英寸碳化硅项目,以后在产品方面也将发力8英寸及更大尺寸,在设备方面则是规划自研设备。”谈及未来,袁振乾脸上是挥之不去的笑意:“三期扩产规划已经启动,规划产能30-50万片,是目前产能的15-25倍。B轮融资也已经启动,正和多家机构洽谈中,今年会有两轮融资。”



站在近5000平的巨大厂房中,严格按照标准设立的车间干净整洁,巨大的生产设备发出阵阵轰鸣,热爱技术创新的研发人员们兢兢业业,半导体新材料的未来正在这里扬帆起航。


相信在新区这片创新热土上,超芯星能够成为领先的碳化硅半导体材料研发生产企业,助力解决材料卡脖子问题,为新区打造“两城一中心”贡献“芯”力量,为中国碳化硅以及半导体产业发展创造“芯”未来。


COPYRIGHT (©) 2022 Hypersics Semiconductor Co Ltd 

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