一张薄薄的圆片，厚度0.5毫米，约为5张A4纸的厚度；直径4英寸或6英寸，和一张CD光盘差不多。10月10日上午，在山西碳化硅生产企业——中国电子科技集团有限公司旗下山西烁科晶体有限公司大厅，传说中“一片难求”的碳化硅晶片赫然陈列在产品展示区。可别小看这些薄片，每张市场售价高达2000美元左右，解决的是核心技术“卡脖子”的难题。
▲N型碳化硅单晶晶片
“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。“山西烁科晶体有限公司研发部经理马康夫介绍，就5G基站建设来说，5G之所以传输速度快，是因为它有强大的5G芯片，而碳化硅晶片，就是5G芯片最理想的衬底。
碳化硅材料之所以珍贵，主要与其研制难有关。用马康夫的话说，叫“十年磨一剑”：过去，从粉料到晶片，我国长期依赖进口，渠道不稳定，质量也不可控，随时面对禁运的风险。2009年以来，企业下定决心突破技术难题，投入了很多精力进行研发攻关，现在高纯碳化硅粉料纯度达到了99.9999%，晶体质量接近国际水平。同时，粉料合成设备、长晶炉，也是自己研发、生产的全国产化的设备，具有连续工作高稳定性和良好精度保持性。
▲碳化硅粉料，纯度在99.9999%
据介绍，研制碳化硅晶片，高纯碳化硅粉料是第一步，粉料制作完成后，最关键的工序是晶体生长。“碳化硅晶体生长不同于硅材料的生长，它是气相生长。由碳化硅粉末在碳化硅单晶生长炉内经受高达2000多摄氏度的高温，密闭生长7天，长成一个直径为4英寸或6英寸的圆饼状晶锭。”马康夫说，在这个生长过程中，晶体很容易出现缺陷，有个指标叫微管，就是晶体中出现的大概只有头发丝几十分之一细的一个管状孔洞，眼睛是看不到的。一旦出现微管，整个晶体就不合格了。由于温度太高，没办法进行人工干预，所以整个生长过程就如同“蒙眼绣花”，而这恰恰是晶片最核心的技术。解决这个技术难题，他们用了七八年的攻关时间。现在晶体良品率达到了65%。相比国际上最高80%的良品率，可以说山西这项技术已经接近国际水平。
▲高温环境生长的碳化硅晶体，良品率国际领先
碳化硅晶片的加工也是一个艰难的过程。马康夫表示，他们用很多根直径仅0.18毫米的金刚石线同时切下去，把生长好的晶锭切成一片一片的圆片。每一片圆片再放到研磨设备里，把两边磨平，最后进行抛光，得到透明玻璃片一样的晶片，这就是碳化硅晶片。
▲高纯半绝缘型碳化硅单晶晶片
今年3月，全国最大规模的第三代半导体材料碳化硅产业基地在山西转型综改示范区正式投产，一期项目的300台设备同时启动，这标志着全国最大生产规模的碳化硅产业基地正式投产。
▲碳化硅晶体生长车间
“碳化硅产业基地一期的300台单晶生产设备，具备年产7.5万片碳化硅单晶衬底的产能，年收入在3亿元以上。”山西烁科晶体有限公司保障部经理周立平介绍，项目建成后，他们将具备年产10万片4-6英寸N型碳化硅单晶晶片、5万片4-6英寸高纯半绝缘型碳化硅单晶晶片的生产能力，是目前国内最大的碳化硅材料产业基地，年产值可达10亿元。这一基地的启动，将彻底打破国外对我国碳化硅封锁的局面，实现碳化硅的完全自主供应。
