市科技计划项目助力打通国产化碳化硅及其应用产业链

　　由国家电网智能电网研究院牵头，中科院半导体所、中科院物理所、北京天科合达蓝光半导体有限公司等联合承担的北京市科委重大项目“1200V/20A碳化硅二极管研发”于2015年3月底通过专家验收。通过项目实施，北京地区实现了碳化硅从单晶材料制备、外延材料生长到二极管芯片研制及其在电力系统应用验证的全链条国产化，并形成了年产能2万片4英寸SiC晶片，30片4英寸外延片，年产10万只SiC二极管及1万只碳化硅模块的小批量生产能力，国产碳化硅器件已经初步通过光伏逆变器的应用验证。

　　碳化硅作为第三代半导体材料，与硅相比具有击穿电场强度大，热导率高，带隙宽度宽，熔点高等优点，将其应用于电力电子器件，可以从根本上提高功率变换装置的效率，减少配套散热器及滤波器耗材，同时还可以减小设备体积，提高设备可靠性，因而在高端变频应用领域具有巨大的应用价值。北京市科委在“1200V/20A碳化硅二极管研发”项目的组织与顶层设计中，特别注重涵盖了从碳化硅材料到器件、应用的产业链全部主要环节，整合了北京地区碳化硅材料、外延、器件研制及应用单位的优势资源，集中开展碳化硅单晶衬底、外延材料、二极管芯片与模块、光伏逆变器应用等技术攻关，最终顺利完成了该领域的国产化研究并实现了小批量生产能力。

　　该项目累计形成了发明专利13项，发表科技论文8篇，其中SCI检索4篇。项目的实施大幅提高了国内碳化硅产业链的整体设计能力和制造水平，对推动第三代半导体材料、器件产业发展，打破国外技术垄断，提升我国核心国际竞争力与支撑落实节能减排战略具有重要的现实意义。

　　图1  高质量4英寸4H导电碳化硅晶体

图2  4H-SiC外延片实物图

图3  SiC二极管芯片

图5  混合封装模块