第三代半導(dǎo)體資料要害技能突破者

——記河北工匠、河北同光半導(dǎo)體股份有限公司總工程師楊昆
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圖為楊昆(左二)與研制團(tuán)隊(duì)成員一同檢查碳化硅單晶成長情況。河北日?qǐng)?bào)通訊員穆貝攝

“現(xiàn)在，5G基站、新能源轎車充電樁、人工智能等新基建熾熱進(jìn)行，而支撐新基建建設(shè)的技能中心之一就是第三代半導(dǎo)體資料。”日前，在河北同光半導(dǎo)體股份有限公司(以下簡稱同光股份)展廳，該公司總工程師楊昆一邊為記者展現(xiàn)碳化硅單晶樣品，一邊介紹第三代半導(dǎo)體資料的商場前景。

碳化硅單晶作為第三代半導(dǎo)體資料的中心代表，處在碳化硅工業(yè)鏈的最前端，是高端芯片工業(yè)開展的根底和要害。入職同光股份任總工程師后，楊昆帶領(lǐng)自主研制團(tuán)隊(duì)，歷時(shí)7年時(shí)刻，不斷突破技能瓶頸，研制的碳化硅單晶各項(xiàng)技能目標(biāo)已達(dá)世界先進(jìn)水平，部分要害目標(biāo)世界領(lǐng)先。今年，楊昆被評(píng)為河北工匠。

不計(jì)得失，立志霸占卡脖子難題

走進(jìn)同光股份淶源廠區(qū)，只見一棟棟新建廠房拔地而起，一臺(tái)臺(tái)先進(jìn)的出產(chǎn)、試驗(yàn)設(shè)備正在有序運(yùn)行。

“這兒的直徑4-6英寸碳化硅單晶襯底項(xiàng)目在去年9月投產(chǎn)，年產(chǎn)10萬片。”熬過了研制初期的困難，楊昆對(duì)未來開展充滿信心，方針是在未來成為全球重要的碳化硅單晶襯底供貨商。

2015年，楊昆從山東大學(xué)晶體資料研究所博士畢業(yè)，向他拋來橄欖枝的不乏北京的高校、國企、科研院所?？伤麙仐壉本└咝?，選擇了同光股份。

“其時(shí)公司剛建立3年，老板是圈外人，對(duì)行業(yè)了解少，急需專業(yè)人才。他到山東找了兩次，想讓我出任總工程師，全權(quán)負(fù)責(zé)研制造業(yè)。”而楊昆也在尋覓一個(gè)可以自在施展的渠道，實(shí)現(xiàn)自己的技能抱負(fù)。

其時(shí)，第三代半導(dǎo)體資料在我國通信、高壓輸變電、軌道交通、電動(dòng)轎車等范疇的使用日益廣泛。“盡管商場需求量大，但嚴(yán)重依靠進(jìn)口。”楊昆說，作為第三代半導(dǎo)體資料的中心代表，制備高純度碳化硅單晶，需要高純度的碳化硅多晶質(zhì)料?？删退闶琴|(zhì)料，也只能從國外進(jìn)口。“一千克碳化硅多晶質(zhì)料要價(jià)至少1萬元，但由于國外質(zhì)料雜質(zhì)少、純度高，只能咬牙花高價(jià)進(jìn)口。”

這樣的現(xiàn)狀，讓楊昆很窩火。“不能總讓外國人卡脖子，干脆從根底做起，自己研制出產(chǎn)高純度碳化硅多晶質(zhì)料。”

可剛上手，楊昆發(fā)現(xiàn)公司現(xiàn)有的組成爐、長晶爐等硬件設(shè)備，不僅漏氣，冷卻水溫度動(dòng)搖也大，嚴(yán)重影響晶體成長穩(wěn)定性。

硬件設(shè)備有必要進(jìn)行晉級(jí)改造，可廠家最低報(bào)價(jià)200萬元，這關(guān)于草創(chuàng)公司來說，無疑是一筆巨款。楊昆提出撤銷自己的年底獎(jiǎng)金，用來晉級(jí)設(shè)備。“老板拒絕了提議，但看到了我霸占卡脖子難題的決計(jì)，堅(jiān)定了他設(shè)備改造的信心。”楊昆說。

楊昆親身參與改造設(shè)計(jì)，不但節(jié)省了大量本錢，設(shè)備晉級(jí)順利完成后，各項(xiàng)使用目標(biāo)也顯現(xiàn)良好，為后期產(chǎn)品研制奠定了堅(jiān)實(shí)根底。

不懼失利，打破國外廠商技能獨(dú)占

走進(jìn)碳化硅單晶出產(chǎn)車間，只見一排排成長爐擺放整齊，2000多攝氏度的爐腔跳動(dòng)著橘紅色光亮，一塊塊碳化硅晶體正在爐內(nèi)靜靜成長。“薄薄的晶片在爐里能成長成3厘米左右厚度的碳化硅晶體，加工后變成碳化硅單晶襯底，用于制造芯片。”楊昆說。

出產(chǎn)技能老練穩(wěn)定的背后，是無數(shù)次失利的洗禮。在碳化硅多晶質(zhì)料研制初期，雜質(zhì)含量始終居高不下。嘗試了多種計(jì)劃，毫無發(fā)展。楊昆說，那段時(shí)刻，大伙在會(huì)議室一碰頭就三四個(gè)小時(shí)，常常錯(cuò)失飯點(diǎn)，只好泡方便面果腹。

通過數(shù)百爐次的組成試驗(yàn)，終究突破了高純度碳化硅多晶質(zhì)料組成技能。制備的碳化硅多晶質(zhì)料中氮、硼、鋁等淺能級(jí)雜質(zhì)濃度從百萬分之一量級(jí)降到了近億分之一量級(jí)，優(yōu)于國外在售同類產(chǎn)品，制備本錢卻缺乏國外多晶質(zhì)料價(jià)格的20%。

憑著這股不服輸、敢應(yīng)戰(zhàn)的勁頭，楊昆帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)先后霸占了高純碳化硅質(zhì)料組成、晶型和結(jié)晶質(zhì)量控制等要害技能難題，有力支撐了4英寸高純半絕緣碳化硅單晶襯底的量產(chǎn)，打破了國外廠商的技能獨(dú)占，實(shí)現(xiàn)了第三代半導(dǎo)體要害資料的自主可控。

現(xiàn)在，楊昆團(tuán)隊(duì)的研制產(chǎn)品已包括直徑4-6英寸導(dǎo)電型和高純半絕緣型碳化硅單晶。經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)技能目標(biāo)均達(dá)到世界先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國內(nèi)高端晶片的商場空白。形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的完整技能道路，到現(xiàn)在，獲得授權(quán)專利達(dá)70余項(xiàng)。

搭建渠道，推動(dòng)工業(yè)鏈整體立異開展

在同光股份研制出產(chǎn)基地，“第三代半導(dǎo)體資料檢測(cè)渠道”的金色銘牌格外閃亮。

“這小小的晶片，需要檢測(cè)20余項(xiàng)目標(biāo)，每一片都要通過專業(yè)設(shè)備檢測(cè)才能確認(rèn)目標(biāo)是否合格。”楊昆指著一個(gè)6英寸單晶襯底樣品說，創(chuàng)業(yè)初期，公司沒有自己的專業(yè)檢測(cè)設(shè)備，每試制一個(gè)樣品都要去外地檢測(cè)，十天半月也不見得出結(jié)果。“檢測(cè)數(shù)據(jù)出不來，下一步就沒法進(jìn)行，嚴(yán)重影響產(chǎn)品研制進(jìn)展。”

楊昆向公司提議，干脆組建一個(gè)高水平的第三代半導(dǎo)體資料檢測(cè)專業(yè)渠道。楊昆的主意得到了河北大學(xué)、中科院半導(dǎo)體研究所、清華大學(xué)資料學(xué)院等專業(yè)機(jī)構(gòu)的支持。通過一年準(zhǔn)備，“第三代半導(dǎo)體資料檢測(cè)渠道”在同光股份正式揭牌。“現(xiàn)在，該渠道除了滿意自己的檢測(cè)需求，還可為國內(nèi)第三代半導(dǎo)體上下游工業(yè)提供服務(wù)。”

以建立檢測(cè)專業(yè)渠道為契機(jī)，楊昆活躍推動(dòng)科技立異資源的敞開同享。楊昆以為，第三代半導(dǎo)體工業(yè)環(huán)節(jié)多、鏈條長，要想開展第三代半導(dǎo)體工業(yè)，不能單打獨(dú)斗。只要依托工業(yè)渠道，整合全工業(yè)鏈資源，才能推動(dòng)整個(gè)工業(yè)鏈立異開展。

現(xiàn)在，楊昆正與有關(guān)機(jī)構(gòu)密切協(xié)作，開展8英寸及更大直徑導(dǎo)電型碳化硅單晶制備及新式襯底加工工藝的研制探索，拓展在智能光伏、新能源轎車等范疇的使用優(yōu)勢(shì)。此外，他還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與科研院所、上下游企業(yè)開展戰(zhàn)略協(xié)作，開展其他寬禁帶半導(dǎo)體體塊資料的研制。(來源：河北日?qǐng)?bào)記者李連成)

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第三代半導(dǎo)體資料要害技能

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