碳化硅量產(chǎn)給我國電力設(shè)備技術(shù)提供后發(fā)優(yōu)勢

為了緩解能源危機(jī)，國家大力倡導(dǎo)綠色能源，發(fā)展光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電。在電能的產(chǎn)生、輸送和分配過程中，電力傳送效率和使用效率至關(guān)重要。當(dāng)前的電力傳輸功率器件主要是基于半導(dǎo)體硅材料，由于硅的物理性能已經(jīng)發(fā)掘殆盡，電力傳送效率和使用效率無法進(jìn)一步的提升。近日，泰科天潤半導(dǎo)體科技（北京）有限公司實(shí)現(xiàn)了碳化硅功率器件的量產(chǎn)，打破了歐、美、日長期以來的技術(shù)壟斷，邁開了我國碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的第一步。對此，記者采訪了泰科天潤總經(jīng)理陳彤，進(jìn)一步了解碳化硅功率器件的性能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)需要克服哪些技術(shù)難題？碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)化對我國有哪些深遠(yuǎn)意義？

泰科天潤半導(dǎo)體科技（北京）有限公司總經(jīng)理陳彤

碳化硅材料將帶來革命性變化

記者：碳化硅是第三代半導(dǎo)體，與第一代第二代有什么區(qū)別？

陳彤：碳化硅是半導(dǎo)體界公認(rèn)的“一種未來的材料”，是新世紀(jì)有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ男滦桶雽?dǎo)體材料。碳化硅屬于寬禁帶半導(dǎo)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(yōu)越的物理特性，例如（1）大約10倍的電場強(qiáng)度；（2）大約高3倍的熱導(dǎo)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?yán)锩嬗幸徽�套的水冷系統(tǒng)，裝置散熱片重達(dá)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(tǒng)散熱片變成零，這是一個革命性變化。

記者：碳化硅主要應(yīng)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(yīng)用，有望從本質(zhì)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(shè)備體積和重量，降低各項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)的整體成本，提高系統(tǒng)的可靠性，廣泛用于電動汽車、太陽能電池、智能電網(wǎng)、UPS電源、變頻空調(diào)等領(lǐng)域。

有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(chǎn)的功率模塊較硅模塊體積減少60%。電動機(jī)采用變頻調(diào)速可節(jié)電20%以上。各種風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)的總耗電量約占全國發(fā)電量的36%，如采用變頻調(diào)速技術(shù)，每年可節(jié)電659億度，相當(dāng)于三個葛洲壩電站的發(fā)電量。據(jù)測算，如果全國電機(jī)的驅(qū)動都采用功率半導(dǎo)體進(jìn)行變頻調(diào)速，則全國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(dāng)前全球的半導(dǎo)體碳化硅產(chǎn)業(yè)格局如何？中國有多大機(jī)會？

陳彤：從現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)格局來講，主要是三大板塊：歐洲、日本、美國，歐洲有一家企業(yè)，日本兩家，美國也是兩家。其中，美國是全球碳化硅老大，占的市場份額最大。英國的主導(dǎo)產(chǎn)品還是硅，其碳化硅還在積累中。日本的企業(yè)就比較特殊，他們喜歡做到終端產(chǎn)品，不會買中間某個配件。美國公司是碳化硅材料起家，設(shè)計(jì)不同的芯片，不同的方向，通過各種各樣的技術(shù)積累來推動。

國外已經(jīng)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(fā)展，不會等我們。契機(jī)點(diǎn)正好在這個時候，由于現(xiàn)在國外經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響，半導(dǎo)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(xiàng)目。

在這方面，國外人力、設(shè)備、經(jīng)驗(yàn)，有長期的積累，我們還是落后一點(diǎn)。為此，整個團(tuán)隊(duì)都是“5+2”、“白+黑”的投入。一年多時間里面，從立項(xiàng)到實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，我們干出了半導(dǎo)體企業(yè)“深圳速度”。拿出一系列的成績，可靠性得到了第三方的認(rèn)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(fā)上還與國外存在差距，落后幾年的時間。我們有信心繼續(xù)以深圳速度追趕，因?yàn)槠脚_和團(tuán)隊(duì)都穩(wěn)定了，可以開發(fā)出國內(nèi)用戶需要的定制產(chǎn)品。

量產(chǎn)需要把握設(shè)備、人才、管理三大要素

記者：在開拓階段遇到哪些難題？

陳彤：最大的難題就是，沒有人教我們，摸著石頭過河，不管研發(fā)結(jié)果是好是壞，都需要一定的時間周期，長達(dá)一個月甚至兩個月投入精力分析。

另外，建立這樣的團(tuán)隊(duì)也不容易，國內(nèi)沒有現(xiàn)有的人才，我們就從幾個方面集合優(yōu)勢，湊出了一個團(tuán)隊(duì)。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�，F(xiàn)在，我們已經(jīng)摸到河對岸了。

記者：實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，需要做好哪些方面的工作？

陳彤：首先是設(shè)備，設(shè)備生產(chǎn)線是硬件層面的準(zhǔn)備。碳化硅的量產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、單片機(jī)設(shè)備完全不是一個概念。實(shí)驗(yàn)室是做技術(shù)樣品和指標(biāo)的，擁有的都是單片，放進(jìn)去調(diào)溫、測試，出來能過就行，沒有量產(chǎn)的考慮。此外，通用半導(dǎo)體設(shè)備沒有完全為碳化硅做定制的，針對碳化硅材料的特性，設(shè)備要改進(jìn)很多環(huán)節(jié)。

因此，產(chǎn)業(yè)化要上量，必須有投入；要想實(shí)現(xiàn)什么樣的量產(chǎn)設(shè)備就意味著什么樣的投入。從設(shè)備到做出量產(chǎn)的生產(chǎn)線，整個投入非常大，公司第一期投入1.2億元。