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為了緩解能源危機，國家大力倡導綠色能源，發(fā)展光伏發(fā)電、風能發(fā)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(fā)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(xiàn)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(yè)化發(fā)展的第一步。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(xiàn)量產需要克服哪些技術難題?碳化硅功率器件產業(yè)化對我國有哪些深遠意義?
碳化硅材料將帶來革命性變化
記者：碳化硅是第三代半導體，與第一代第二代有什么區(qū)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(fā)展?jié)摿Φ男滦桶雽w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(yōu)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(tǒng)，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(tǒng)散熱片變成零，這是一個革命性變化。
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�？梢源蠓鶞p少能耗，減小電力設備體積和重量，降低各項設備系統(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、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(jié)電20%以上。各種風機、水泵電機的總耗電量約占全國發(fā)電量的36%，如采用變頻調速技術，每年可節(jié)電659億度，相當于三個葛洲壩電站的發(fā)電量。據測算，如果全國電機的驅動都采用功率半導體進行變頻調速，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：當前全球的半導體碳化硅產業(yè)格局如何?中國有多大機會?
陳彤：從現(xiàn)在產業(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。英國的主導產品還是硅，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(fā)展，不會等我們。契機點正好在這個時候，由于現(xiàn)在國外經濟大環(huán)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(xiàn)量產，我們干出了半導體企業(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，因為平臺和團隊都穩(wěn)定了，可以開發(fā)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：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(xiàn)有的人才，我們就從幾個方面集合優(yōu)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�，F(xiàn)在，我們已經摸到河對岸了。
記者：實現(xiàn)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(huán)節(jié)。
因此，產業(yè)化要上量，必須有投入;要想實現(xiàn)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，公司第一期投入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(yè)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(xiàn)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(yè)管理也非常重要。量產涉及到工藝控制，半導體各個環(huán)節(jié)都要做到非常精準，才能做出穩(wěn)定且成品率高的產品，這需要很嚴格的管
