孙琪 车博山，郑彬彬，杨敏
山西烁科晶体有限公司 030024
摘要：
随着全球半导体技术的发展，基础材料研究已经发展至以碳化硅、氮化镓等为代表的第三代半导体材料，而其中，碳化硅作为应用市场极具广泛潜力的材料，现阶段在多个应用领域正在成为聚焦点，生产碳化硅衬底材料的国产企业也在近几年飞速发展起来。生产碳化硅单晶衬底产品的企业是碳化硅产业链中的重要一环，各地区的企业根据自身的特色在多年的发展中积累了自己的经验，但在科技创新等方面正逐渐面临着技术革新和产能转型等问题，因此需要积极地采取有效的解决办法以确保我国的碳化硅衬底材料生产企业可以平稳运行。
关键词：碳化硅衬底材料；生产企业；困境；对策
碳化硅是一种具有基础性重要作用的半导体衬底材料，具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等优势，是未来新能源、5G 通信领域中器件应用的重要材料基础。近年来，随着国产化替代的呼声越来越高，以碳化硅衬底材料为代表的第三代半导体材料产业也迎来了发展热潮。国家“十四五”规划将第三代半导体纳入国家集成电路行业发展的重点方向，给予国内半导体生态政策上的支持。国内碳化硅衬底材料厂商纷纷加紧布局，试图抓住机遇，扩大市场影响力。但是，碳化硅单晶衬底材料的生产企业在发展中面临着内外部的困境，需要尽快找到对策解决以推动我国碳化硅衬底材料产业的正常运行和发展。
一、碳化硅及其衬底材料生产企业的重要性
碳化硅作为第三代半导体领域的关键原材料，与第一二代半导体材料相比，具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等性能优势，因此又被叫做宽禁带半导体材料，特别适用于 5G 射频器件和高电压功率器件。由碳化硅衬底材料制成的功率器件拥有更优越的性能和稳定性，在极高的温度和高压下，都有着抗辐射和大功率的功能表现。目前，世界各国均出台了各项政策大力支持本国的碳化硅衬底材料企业进行技术革新和产能释放。
我国的“中国制造 2025”计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业。2015 年 5 月，中国建立第三代半导体材料及应用联合创新基地，抢占第三代半导体战略新高地；国家科技部、工信部、北京市科委牵头成立第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA），对推动我国第三代半导体材料及器件研发和相关产业发展具有重要意义。十四五”规划将第三代半导体纳入国家集成电路行业发展的重点方向,给予国内半导体生态政策上的支持。国内半导体厂商纷纷加紧布局,试图抓住机遇,扩大影响力。
二、现阶段面临的困境
（一）起步晚，相关技术薄弱
国外的碳化硅晶体材料的研究大多在二十世纪五六十年代就已经开始了，我国的单晶衬底材料的研发在七十年代后，比国外整整晚了二十年[1]。在科研上，最初因为国情的原因，我国的科学技术水平一直落后于世界发达国家，虽然国家也出台了诸如863计划和相关的政策支持，但是发展还是相对较慢的。在碳化硅衬底材料的周边器件上，部分材料至今仍主要依靠国外进口，部分技术受制于国外，这样就会消耗部分生产自主权，材料的生产成本也会增加。衬底材料的产业链条也不够完善，大部分还处在中端产业。如何完善产业链和创新技术手段是企业面临的重要困境。
碳化硅具有高硬度、高脆性和低断裂韧性等物理特性，因此其在工艺设计上有很多难点。相较于第一代半导体——硅，碳化硅的硬度非常大，其材料硬度为9.5，仅次于金刚石。这就意味着碳化硅的切割难度非常大，在做刻蚀、沟槽等工艺流程时难度很大。在磨削加工时也很容易引起材料脆性断裂或产生严重表面损伤，影响加工的精度。如何攻克碳化硅技术难点对提高生产效率，减少成本有很大意义
（二）缺乏成熟的行业标准
如上文所言，碳化硅单晶衬底产品生产企业在行业内部目前没有生成完备的产业链，缺乏较为成熟的行业标准。在相关技术和材料的使用上，也很难做到互通有无。目前，碳化硅衬底材料的需求不仅是在重要的军事领域，在民用企业甚至生活的方方面面都有着很大的需求。碳化硅作为具有强大市场潜力和价值的材料，需要国家和行业都加以重视，没有一个成熟完备的行业标准是行不通的。
（三）国外产品的冲击
虽然我国的碳化硅衬底材料生产已经二十多年的时间，在相关技术和市场运行上也逐渐适配和步入正规，但是，部分国外发达国家的碳化硅衬底材料产品拥有更高更优的性能和更专业化先进的技术以及在全球分布的产业体系。无疑不是对我国企业乃至产业在运行过程中面临的一大困境与问题。有关学者也指出，相较于国外，我国的碳化硅生产的差距主要在于生产环节内部，新的检测方法和检测仪器其实是不如国外某些企业的[2]。在生产链方面也不及国外所开发的丰富和多元。国外的技术壁垒和原材料的封锁也是我们面临的一大难题。
三、主要的对策与建议
（一）依靠国家及地方政府政策支持，提升自主创新能力
随着“十四五”规划将第三代半导体纳入国家集成电路行业发展的重点方向,国家及各地方政府陆续出台了扶持碳化硅产业相关企业发展的政策，下一步要细化相关技术创新方面的法律法规和行业规范，而且要加大资金扶持力度，鼓励企业自主创新，培养高端研发人才，促进国内外相关技术方面的交流和学习。国产衬底材料生产企业要加大自身自主创新能力提升，鼓励技术革新，提升产品品质稳定进步。
（二）院校科研技术支撑
生产成本的增加主要是传统的替代材料较为贵重，还有国外在技术上的壁垒导致的。因此企业要加强与院校和科研机构以及不同行业的合作与学习，针对实践中出现的问题，不断进行实验，及时采集相关数据用于产品研发以及比对。要加强行业合作和提高科研上的自主创新能力，做到相关技术自由，不再受制于人。同时国家也要给予科研机构足够的资金和政策支撑。
（三）优化产业结构，延长产业链
在产业链条上，可以与国外的碳化硅衬底材料生产企业交流学习和合作。放眼世界，不能只局限于自己的舒适区，要用于拓展和延长产业链条，不断向上游产业迈进和融合，形成产业链集群效应，创造更大的市场占有率。
总结：
在本文中，笔者主要是从碳化硅衬底材料作为半导体行业的关键原材料在多各应用领域中占据的重要地位出发，分析了相关生产企业的现状，研究发现，现在我国的碳化硅单晶衬底产品生产企业面临着起步晚，技术薄弱，相关技术受制于国外，没有形成完善的行业标准等问题。针对这些困境笔者提出了企业需要在国家层面出台相关详细的政策，企业自身要与院校科研院所合作以及要在学习国外经验的同时立足自身，自主创新进行技术革新，要拓展和延长现有的产业链三方面的解决对策。我国的碳化硅衬底材料生产企业虽然起步晚但是进步飞速，相信在未来一定会缩短与国外企业的差距，实现技术上的完全自主并且实现弯道超车。
参考文献：
[1]李倩.国内外碳化硅衬底材料发展的技术现状[J].四川化工,2017,20(05):15-17.
[2]李禹平. 中国碳化硅生产企业现状[N]. 中国建材报,2013-09-24(008).
[3]李晋闽.新旧动能转换引领第三代半导体产业创新发展[J].中国科技产业,2018(01):54-55+51.