从TOP 3企业，看中国SiC的24年芳华

大约在1999年，中国SiC半导体产业从“一穷二白”开始起步，到如今向“世界第一”挺进，整个产业已走过来24个春秋。

从零起步，到打破垄断，甚至局部实现“超车”，中国SiC产业经历了怎样的坎坷？又有哪些令人难忘的经历？

今天，“行家说三代半”带着大家一同回顾一下这段中国SiC往事，以及谱写这段往事的那些人。

——编者按：由于时间、材料有限，本文未能全部记录中国碳化硅的发展历程，如果您愿意分享，欢迎联系我们，我们将用心纪录（许若冰微信hangjiashuo666）。

SiC晶体研究：蹒跚起步，以启山林

1987-1999年，国外SiC企业已经开始奔跑：Cree生长出2-4英寸SiC衬底，西屋电气、日本电装、ABB、SiCrystal、道康宁和京都大学等企业也在研发SiC晶体；西门子、Sterling开始研发SiC功率器件，英飞凌还建起了2吋SiC晶圆线。

为了缩小差距，在“十五计划”、“863计划”的支持下，中国科学院物理所、山东大学、中国电科46所和中国电科2所等科研单位挑起了技术追赶的重任。

据郝建民（中国电科46所副总工程师）回忆，他是从1999年开始研发SiC，“当时国内实际上只有3个人（团队）在做，还没有产业概念”。

郝建民

另外两个团队包括：蒋民华院士（山东大学晶体研究所）和陈小龙博士（中科院物理研究所）。

中科院物理所大约是在1997年开始部署宽禁带半导体研发工作。1999年，由陈小龙负责SiC晶体的研究工作。

陈小龙

1984年，蒋民华建立了山东大学晶体材料国家重点实验室，2000年左右，65岁的他提出将SiC晶体作为研究方向，并且亲自带队组建攻关团队，启动碳化硅单晶的生长和衬底加工工作。

蒋民华院士

“一穷二白”是当时中国碳化硅晶体研究的真实写照，其中最大的困难是基础研究。

由于当时信息不够通畅，国外研究成果高度保密，于是国内SiC团队在没有任何技术，没有设备的情况下，一切从零开始。

陈小龙曾透露，当时他们从基础研究开始，到自行搭建设备，再到摸清SiC晶体生长规律，“整整耗时6年”。

而郝建民为了摸清碳化硅生长的共性规律，从2002到2014年，他一直在做“非常磨人”的工作——单晶炉的耐高温测试，历经12年“慢慢走出了一条（产业化的）路”。

10mm碳化硅晶体

除了基础研究外，郝建民说，“当时最缺的就是单晶生长设备，其实欧洲（当时）也缺相关设备”。在接手碳化硅研究工作后，郝建民向国内企业购买了一台单晶炉，在一所大学里用这种炉子开始了碳化硅晶体的生长工作。

而为了加快研发速度，蒋民华院士抓住了211工程二期的大好机遇，从国外同时购进2台先进的生长设备。在此基础上，他们成功地自行研制出国产SiC单晶炉，并生长出SiC单晶，质量不逊于进口设备。

怀揣着“碳化硅梦”，探路者们通过不断解决各种技术问题，从2002年到2009年将碳化硅晶体尺寸从厘米级扩大到2-3英寸，并解决了切片、抛光等工艺，使我国成为继美国、日本、德国之后，第4个有能力生长碳化硅晶体的国家。

这些研究工作就像一道道绚丽多彩的极光，为行业培养了一批SiC人才，也使碳化硅产业化曙光开始照入神州大地。

国产SiC单晶研发历程：中科院物理所（左）、山东大学（右）

在实现了从“0到1”的研发突破之后，中国SiC产业开始了“1到100”的成果转化之路，整个过程也充满了荆棘与坎坷。

天科合达：从筚路蓝缕，到赶超世界第二

在攻克碳化硅晶体生长关键技术后，中科院物理所率先在国内开展了产业化工作。

2006年8月，中科院物理所与上海汇合达投资管理有限公司、新加坡吉星蓝光科技有限责任公司共同成立了北京天科合达蓝光半导体有限公司。

经过8个月的努力，天科合达就研发出第二代碳化硅晶体生长炉，进一步优化了晶体生长工艺，在国内首次建立了一条完整的从切割、研磨到CMP的碳化硅衬底中试线。2008年1月，天科合达的第一批碳化硅衬底产品已经下线并发往国内用户。

2011年，天科合达开始量产4英寸SiC晶体，2014年11月成功研制出了6英寸SiC单晶衬底。从2英寸到6英寸，花了10多年时间。陈小龙说，“虽然起步有点晚，但通过10多年的自主研发，我们与国外的技术差距在逐步缩小。”

天科合达2014年发布6英寸碳化硅产品

不过,由于国内碳化硅的下游应用市场尚未完全打开等原因，天科合达早期的产业化之路并不顺利，用陈小龙的说法就是“一路风风雨雨比较坎坷”。

杨建（天科合达总经理）曾分析道，“早些年碳化硅技术的产业化是一个难题，一方面技术本身还有待提升，另一方面下游水平较低，没有办法找到足够的应用场景。当时国内产业链不成熟，主要是国外客户用我们的晶片做器件方面的应用。”直到2017年，天科合达大部分产品都是出口海外。

杨建

2018年是天科合达的“关键年”，一方面天科合达攻破了关键技术难题，碳化硅衬底技术实现飞速增长。另一方面，国内的中车、中电科55所、国家电网等下游器件企业在2017年年底产线调试完成，2018年，国内市场对工业级碳化硅衬底需求强劲，天科合达的碳化硅衬底需求快速增长。

当时天科合达“满负荷生产4英寸导电碳化硅衬底，产品已经全部被预订出去，市场处于供不应求，甚至抢货的状态”。2018年，天科合达实现营业收入7813万元，较上年同期增长224.65%；2019年天科合达营收继续攀升，新增销售收入达到1.55亿元。

天科合达后来的故事大家都已经知道了，根据郭钰（天科合达技术总监）2023年6月的说法，预计明年初天科合达就可以赶超世界第二，向着“世界第一”的长期战略目标进发。

天岳先进：破釜沉舟 铸就首个碳化硅IPO

在特斯拉采用后，碳化硅“一举成名天下知”，但早期碳化硅的产业化境况是比较艰难的，行业人士常常调侃道：“十年寒窗无人问”，碳化硅甚至还曾被视为“烫手山芋”。

根据《济南时报》2018年5月的报道，“碳化硅单晶实验室成果实现产业化的过程极其艰难，风险极高。这是个烫手山芋，国企不敢接，民营企业从投资角度考量又不愿接。”

2010年当得知碳化硅材料遭遇了产业化困境后，2010年底宗艳民（天岳先进董事长）接受了这个项目。时年46岁的宗艳民带着自己的第一桶金，创办了山东天岳先进材料科技有限公司。

面对碳化硅这个未知领域，宗艳民“几乎可以说是破釜沉舟了”。天岳先进从工艺研发、设备采购，到最终固化碳化硅长晶工艺，据说经过1万多次的试错实验，耗费了巨额资金。截止2014年，天岳先进就已经投入5亿余元，到2018年累计投资达到了12亿元。

宗艳民（中）

好在功夫不负有心人，2015年天岳先进就完成了4英寸半绝缘型碳化硅衬底的产品鉴定，2017年完成了6英寸导电型碳化硅衬底科技成果鉴定和产品鉴定，成为全球第4家SiC衬底材料量产的企业，个别产品技术进入世界前两位。

2018年，天岳先进的碳化硅业务也迎来良好的市场机遇，产品出现了供不应求的局面，甚至接单要12个月后供货，并且客户要先交50%的货款，“提货再定价”。

随后，天岳先进开始快速成长，2019年和2020年天岳先进跻身半绝缘型碳化硅衬底市场的世界前三。2022年1月，天岳先进正式敲钟上市，成为了中国碳化硅“第一股”。

烁科晶体：11年艰苦探索 换取多项第一

中国电子科技集团实现碳化硅从0到1的跨越也历经11年的艰苦探索，才攻克了生产碳化硅的多个关键技术——长晶炉、粉料制备、晶体生长、晶片加工等，这些前置性努力为日后烁科晶体的碳化硅业务创造多个“国内第一”奠定坚实基础。

烁科晶体的碳化硅产业化之路是从研制碳化硅单晶生长炉起步的。2007年，中国电科装备2所着手布局SiC单晶衬底材料的研制规划，李斌（现烁科晶体总经理）带领项目团队开始SiC单晶生长炉的研制。

李斌

他们用“千锤百炼乃成刚”来形容的碳化硅长晶炉的研制历程，通过上千炉的工艺试验为设备的改进升级提供了大量的数据支持，从2007年到2018年，中电科2所SiC单晶生长炉历经了5代更迭，从最初的2英寸发展到6-8英寸。

中电科2所迅速实现了设备与碳化硅长晶工艺的融合发展，2009年已经研制出了2-3英寸的碳化硅衬底片。除了SiC单晶生长炉外，李斌团队还承担过多项国家重点课题，组织开发了SiC粉料合成设备、4-6英寸高纯半绝缘SiC单晶衬底等产品，并且实现了99.9995%以上纯度高纯SiC粉料合成。

半绝缘SiC单晶衬底的研制为电科装备2所的产业化打开了大门，并且“用不到5年的时间，走完了美国近20年的发展历程”。

在“十二五”期间，中电科就承担了国家重大项目“SiC单晶衬底”项目的研制任务，为了突破高纯半绝缘技术难点，他们的科研团队基本进入了“5+2”的工作节奏中，开展了上千次工艺试验，终于在2014年制备出4英寸高纯半绝缘4H-SiC单晶，实现了国产化。

随后在2015年8月，电科装备2所与中国电科55所签署战略合作协议，开始了4英寸高纯半绝缘SiC单晶衬底国产化的验证工作，到了2016年首次流片成功。同年，他们又制备出国内首例6英寸高纯半绝缘4H-SiC单晶。

2018年，电科装备2所迎来了大规模产业化的关键阶段，当时中国电科55所的SiC晶片外延成品率已>95%，为了加快半绝缘4H-SiC量产，实现规模化供应，2018年10月，烁科晶体正式成立，并在山西建设碳化硅生产基地。

2020年3月，中国电科（山西）碳化硅材料产业基地正式投产，一期项目可容纳600台碳化硅单晶生长炉，建成后将具备年产15万片碳化硅生产能力，是目前国内最大的碳化硅材料产业基地。借助产能优势，2020年，烁科晶体的半绝缘碳化硅市场占有率超过50%。

在高纯半绝缘衬底稳定生产的前提下，烁晶晶体近年来还在大幅度提升了N型导电SiC衬底的技术研发和产能布局。2022年1月，烁科晶体率先在国内成功研发出8英寸N型和半绝缘碳化硅衬底片的企业。目前，他们的二期项目正在加速推进中，预计投产后产能可达30万片。