平顶山

河南广电·大象新闻记者 高君晓/文图视频

近日，中国平煤神马集团研发生产的碳化硅半导体芯片材料——碳化硅高纯粉体和碳化硅晶锭成功下线，且产品质量达国内一流水平。这不仅标志着该集团新能源新材料产业再添“新军”，而且填补了河南省第三代半导体产业领域空白。

中国平煤神马集团是在什么背景下启动的第三代半导体芯片材料研究、具有哪些优势?它的研发成功在省内乃至全国又具有哪些意义?大象新闻记者就此进行了采访。

直指国家“卡脖子”工程 填补省内空白

“我们这个项目生产的高纯碳化硅粉体和高纯碳化硅晶锭，可用于制造碳化硅衬底材料，这个衬底材料就是多项‘卡脖子’工程里面第三代碳化硅半导体材料的基础材料。”2月13日，在平顶山易成新材料有限公司的第三代半导体展厅里，碳化硅基半导体材料示范线开发项目现场负责人王帅兴奋地说，中国平煤神马集团——平顶山易成新材料有限公司生产的碳化硅半导体芯片材料——碳化硅高纯粉体和碳化硅晶锭成功下线，意义重大。

2020年，《科技日报》公布的中国“卡脖子”工程，一共有35项。其中，有7项和碳化硅材料产业有关，分别是：芯片、手机射频器件、航空发动机短舱、铣刀、航空钢材、医学影像设备器件、超精密抛光工艺。

以碳化硅为代表的宽禁带半导体材料，被称为第三代半导体材料，与传统第一代和第二代半导体材料相比，更耐高温、耐高压、耐大电流。以其为基础制成的第三代半导体在5G 通信技术、新能源汽车、太阳能、国防军工等战略新兴领域被广泛应用，正成为全球半导体产业新的科技制高点和新一轮科技革命的钥匙。

“高纯的碳化硅粉体经过第三方的检测机构(检测)，纯度已经达到了99.99995%，这样的产品质量，完全满足了生产制造碳化硅晶锭和碳化硅衬底的材料要求。”王帅兴奋地告诉记者，第三代碳化硅半导体芯片材料，不仅填补了河南省第三代半导体产业领域空白，也为河南打造国家创新高地提供更加有力的产业支撑。

行业内环比 具备原料优势

“我们生产出来的碳化硅晶锭，还要进行切磨抛等工序，变成碳化硅晶片，这个晶片才是真正的衬底。”王帅说。

记者在展厅里看到，该公司生产出的碳化硅晶锭呈圆柱形，利用它切、磨、抛后的碳化硅晶片就像一个半透明的“光盘”。

据介绍，第三代半导体产业链主要包括衬底(碳化硅)、外延、设计、芯片、封测、应用等环节。其中，衬底、外延、芯片三个环节技术含量更加密集，是投资和创新的重点。

其中，衬底是所有半导体芯片的底层材料，起到物理支撑、导热、导电等作用;外延是在衬底材料上附加上新的半导体晶层，这些外延层是制造半导体芯片的重要原料，影响器件的基本性能;设计包括器件设计和集成电路设计，其中器件设计包括半导体器件的结构、材料，与外延相关性很大;制造需要通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设计好的器件结构和电路;封装是指将制造好的晶圆切割成裸芯片。

记者了解到，在第三代半导体芯片材料的生产方面，平煤神马集团在国内并不是第一个“吃螃蟹”的企业，此前已经有多家企业从事第三代半导体芯片材料的生产。

第三代半导体芯片材料中的碳化硅高纯粉体和碳化硅晶锭，需要具备高纯的‘碳‘源、高纯的’硅’源和特殊气体这三种关键原材料。国内其他生产企业要么具备某一种条件，要么需只能从国外高价进口，使得成本居高不下。虽然起步较晚，但相比于国内其他企业，中国平煤神马集团在第三代半导体芯片材料的原料上却具备先天的优势。

“我们在生产高纯碳化硅半导体材料方面具备得天独厚的原料优势，高纯的‘碳‘源、高纯的’硅’源和特殊气体我们都具备。”王帅直言。

记者了解到，中国平煤神马集团是以能源化工为主的国有特大型企业集团，是我国品种最全的炼焦煤、动力煤生产基地和亚洲最大的尼龙化工产品生产基地。

在第三代半导体原材料供应方面，该集团拥有高纯硅烷气和氢气等多种电子级气源的稳定供应基地，可为第三代半导体碳化硅基础材料生产转换提供充足高品质的高纯气，实现无缝产业协同。同时，作为国内最好的焦煤生产基地和商品焦生产基地，在该集团产业链条协同下，可以“精准”为第三代半导体碳化硅提供所需的煤焦产品，这也是碳化硅优质的“碳”源。

打造千亿级芯片材料产业“试验田”

国家十四五规划和2035年远景目标纲要、河南省‘十四五’战略性新兴产业和未来产业发展规划中，都明确提出要大力发展碳化硅等宽禁带半导体，在此背景下，碳化硅基半导体材料示范线开发项目落户平顶山可谓万事俱备。

据记者了解，碳化硅基半导体材料示范线开发项目在平顶山从立项到生产，进展迅速：2022年9月，中国平煤神马集团决策同意建设碳化硅基半导体材料示范线开发项目，并列为集团重大科研项目;9月底，河南省第六期“三个一批”活动平顶山分会场，碳化硅半导体材料核心设备正式进场;12月，投资7000万元的项目厂房改造和配套完成，设备安装完毕，开始生产调试。2023年1月28日，碳化硅半导体材料研发中心项目开工奠基。

“碳化硅基半导体材料示范线开发项目，主要研发生产第三代半导体碳化硅粉体和碳化硅衬底材料，是落实省委‘两个确保’、‘十大战略’，打造千亿级芯片材料产业的试验田。”采访中，平顶山易成新材料有限公司总经理李春阳告诉记者，该项目上游利用煤、焦炉煤气制备高纯氢、针状焦、电子硅、区熔硅等原料优势，下游对接储能锂电和光伏等产业，能快速形成全国乃至世界领先的“煤—氢气—针状焦—高纯硅烷—碳化硅—碳化硅半导体—储能锂电和光伏”高品质产业链，对集团新能源新材料板块起到延链补链强链的作用，激活集团“换道领跑”新优势，同时也加快填补我省第三代半导体产业领域空白。