晟光硅研：优化工艺参数，攻克微射流激光技术至高精尖领域的难点

近年来，在政府资金和其他激励措施的支持和推动下，国内涌现出一大批优秀且专业的半导体团队和创业公司。伴随着光伏和新能源汽车等优势产业的发展，供应链机遇推动化合物半导体市场愈加火热，不断实现高速增长和技术突破，竞争格局也将逐渐发生变化。

2024年，化合物半导体产业的发展前景如何？如何应对所面临的地缘政治对行业的影响以及解决技术瓶颈问题？我们采访了西安晟光硅研半导体科技有限公司 总经理 杨森，分享他的独到见解。

采访嘉宾

杨森，晟光硅研联合创始人，IEEE Member，西安电子科技大学微电子专业本硕，西安交通大学微电子专业博士，中国宽禁带功率半导体产业联盟青年专家委员会副主任，西安电子科技大学特聘创业导师，陕西省金牌技术经理人，张家港市领军人才。参编《半导体材料国家标准汇编》《第三代半导体调研白皮书行家说》并发行，发表SCI论文2篇，发明专利30余项。

△西安晟光硅研半导体科技有限公司 总经理 杨森

西安晟光硅研半导体科技有限公司成立于2021年2月，主要从事微射流激光先进技术设备的研发和制造，是中国第一家完全实现商用化微射流激光先进技术设备的研发/制造企业，设备主要针对半导体、航空航天、特种金属、多层复材客户；目前已通过数家国内典型客户、多个领域的验证并获得订单，全面进入批量应用前工艺匹配阶段。

公司聚焦硬、脆、贵材料的传统加工瓶颈，以半导体碳化硅滚圆/切片/划片成熟应用为起点，已拓展覆盖领域包括但不局限于：氮化镓晶体、超宽禁带半导体材料（金刚石/氧化镓/氮化铝）、航空航天特种材料、LTCC碳陶基板、光伏、闪烁晶体等，致力成为硬脆材料加工全国领军者，为中国半导体发展插上“硬”翅膀。

提问&解答

CSC：在2024年，请您展望一下化合物半导体行业的发展趋势？在新的一年有哪些可以预见的突破或创新？

当前，全球半导体行业发展迅速、技术竞争激烈、市场前景广阔。受益于国家经济刺激政策的实施以及新能源、新技术的应用，中国的化合物半导体行业也正在迅速崛起，成为全球半导体行业中的重要参与者之一。未来，随着物联网、5G技术、人工智能、新能源等行业的发展兴起，化合物半导体行业仍怀揣着广大的发展前景，同时也充满了机遇和挑战。

“厚积薄发，苦尽甘来，百花齐放”，我觉得是对化合物半导体行业玩家的真实写照。是这些企业数年如一日的坚持和互助，才换来现在中国化合物半导体产业的今天；在过去的一年里，化合物半导体企业都不约而同的加大研发投入，越发重视技术壁垒的层次开拓及创新方式的勇于尝试，致力于将衬底良率提高，将外延质量提升，将器件品质提度，更快的完成车规标准验证，这是行业良性发展、快速发展的最优解，也是趋于市场所需稳定产品的必经阶段；在经历过这些必修课后，满足市场最终需求的模块产品将会如雨后春笋般逐一批量化应用替代，终端产品为客户接受，必将反哺整个产业链，为全产业链稳定进步迭代提振信心。

CSC：碳化硅在电动汽车、光伏等领域的大规模应用势不可挡，国内碳化硅行业还有哪些亟待克服的难点？比如技术、产业链协同、市场、资本等方面。

SiC产业的上游原始材料衬底生产，是该行业发展的关键环节，直接影响着SiC器件的最终成本。当前国内生产主要集中在4英寸到6英寸阶段，相较于6英寸，8英寸SiC仍存在许多需要克服的工艺和成本上的难题。如何使其衬底成本进一步降低，这是目前国内碳化硅行业亟待克服的难点，也是国内SiC产业发展的必然趋势。通过发展长晶工艺助力衬底良率的提升，这也是源头解决企业发展乃至行业发展的重中之重，长晶良率不达标的话就根本不用往后道工艺进行，所以长晶工艺是衬底企业的独门秘籍，同时也是影响后续外延生长及器件良率的头道关卡，同时优化切磨抛效率，减少因为多道工艺诱发的潜在崩片风险，提高成片率是衬底企业的第二个目标；器件端企业优化结构设计，提升器件制造、封装工艺，尽快的拿到车规级验证进而上车应用，是器件企业当务之急；整个产业链也就是按照这个节奏在加速前进。

行业的应用需求迫切，反馈到上游材料供给不足，这个是必然现象。结合2023年全年中国衬底的供给量，与2025年预测的市场需求量差的还比较多，所以扩张扩产是企业建立市场供需壁垒的重要方式，量变同时也会催生质变；整个行业各个环节都有各自的挑战，如何将现有的技术优化，建立公司自己的护城河，如何解决工艺再进一步提升的难点，都是各个企业当下考虑的问题。我们觉得资本加持助力企业快速发展是一方面，进一步重视研发、加大研发的人力物力投入也是核心举措，最后就是新技术的勇于尝试可能是固有思维破局的一个选择。中国现在技术是百花齐放的状态，各个环节都有专门的创新性技术公司愿意给产业链企业助力，能否拥抱创新永远是拉开企业行业身位的触点。

CSC：氮化镓衬底的制造一直是本行业发展的瓶颈，国内企业在氮化镓衬底、垂直结构器件方面取得了哪些长足的进步？还有哪些有待攻克的技术难题？

随着碳化硅材料的发展趋势来看，同为三代半导体的另一种优秀材料氮化镓也逐步崭露头角。同比碳化硅材料发展周期及爆发拐点，氮化镓材料像极了5年前的碳化硅发展状态。在业内广泛探究氮化镓应用关键点和需求点的同时，整个材料端也在迅速地进行技术迭代和良率的提升，从早期的异质衬底材料外延氮化镓，逐步发展同质氮化镓单晶，以达到更高良率的器件需求。自2022年6月份开始， 晟光硅研就已经与国内头部氮化镓单晶材料厂进行材料端的切片技术的联合开发，较比于碳化硅材料发展速度，氮化镓单晶材料目前还主要集中在2寸为主，4寸研发优化阶段，材料质量与扩径同步进行的状态，且材料厚度不高，外径端缺陷较大。那么如何将有限厚度的材料提升出片率、以及将缺陷部分定向去除是微射流激光一直研究的方向；再加上本身氮化镓材料元素特性，除了材料本身硬脆属性之外，微射流激光技术能够很好的进行温度控制，避免镓离子因高温液化附着材料难以去除的常规加工弊端，特定加工工艺的定型，我们也顺势在2023年完成典型氮化镓客户的设备交付，算是为氮化镓行业成片其中一环尽了一点绵薄之力，作为产业链降本提效的一个环节，助力氮化镓产业加速发展。

CSC：近年来氧化镓、氮化铝、金刚石作为超宽禁带材料，备受学界关注，并在中国、日本产业界也得到极大的青睐，请问如何看待超宽禁带材料相关技术和未来产业化的发展？

近年来随着后摩尔时代的到来，大家在新材料领域的研发投入不断增长，也加快了金刚石、氧化镓等超宽禁带半导体材料的开发。以氧化镓、氮化铝、金刚石为代表的新兴超宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、耐击穿、载流子迁移率高、热导率极高、抗辐照等优点。在热沉、大功率、高频器件、光学窗口、量子信息等领域具有极大应用潜力。但目前金刚石仍处于基础研究尚待突破阶段，在材料、器件等方面都有大量科学问题尚需攻克，金刚石材料的高成本和小尺寸是制约金刚石功率电子学发展的主要障碍，距离实现商业应用尚有较大距离。氧化镓由于其材料脆属性明显，极容易在接触式加工状态下发生解离，所以除材料长晶工艺难点待突破之外，如何加工也一直是行业难题。

其实这三种材料我们微射流激光技术都有尝试，并且取得了相当不错的加工效果，金刚石材料长得慢、尺寸小、厚度薄是目前的行业发展瓶颈，那么如何在有限材料尺寸下无损高效的加工，是提升产量的关键。微射流激光设备由于其独特的加工方式，能够有效避免传统干激光行业加工带来的锥度和热损伤，这就给后续锥面平磨减少了大量的作业时间及材料的无端浪费，2023年我们已经完成三家金刚石客户设备的交付，除了解决小尺寸金刚石加工效率问题之外，也为企业能够进行大尺寸金刚石生长带来了加工转化信心。2024年我司也计划推出特定功率的金刚石加工专用设备，控制设备售价的同时，能够为更多的金刚石客户带来客观的降本增效体验，这也是我司明年重点的行业应用客户之一；氧化镓材料的加工也得益于微射流激光技术的非接触式特点，在通过特定水压作为激光传输介质，减少材料受压范围，能够几乎无损的完成氧化镓材料的滚圆、切片、器件划片应用，目前也一直在和两个研究院所及两所高校进行项目合作，希望明年可以带着这一成果技术，推进氧化镓产业公司，进行技术赋能。

CSC：化合物半导体国产设备一直在迭代追赶中，对比国际竞品产品或技术我们还有哪些提升空间？（可以就某一类型设备具体陈述）

应用落地是最终评价一个产业的结果标准，碳化硅器件上车、替换到光伏领域应用是终极目标，只有终端客户用得上、用得起、用得好，才是整个产业链的成功。公司一直秉承的就是为环节客户降本增效，衬底价格降下来了、良率上来了、供货充足了，外延厂家乃至器件厂家能够低成本的做出终端器件，这样会加速应用端的快速验证，同时能够将问题迅速的回馈给上游，各环节厂家再根据用户反馈整改优化，才能形成最迅捷的论证闭环。所以公司的技术一直致力于衬底环节乃至器件环节的高效率、低损伤、节约成本，加速产业闭环验证周期；在化合物半导体的衬底加工领域，晟光硅研全球首创提出了用微射流激光技术解决化合物半导体的加工难题，以全新的方案为化合物半导体加工行业带来技术变革，摒弃了金刚砂轮、金刚线等传统机械加工导致的效率低、损耗大、良品率差等缺陷，微射流激光技术以更高的加工效率、更低的材料损耗及更优的加工精度备受产业和市场的认可。相较于国内及国际上传统的化合物半导体切割设备，微射流激光设备开辟了一条全新的技术路径，用来解决传统半导体切割设备的痛点问题，并得到了碳化硅、氮化镓等领域头部客户的高度认可。未来，我们也将进一步加大研发的人力物力投入，不断优化工艺参数，使得微射流激光技术延伸至高精尖领域难点攻克。

来源：雅时化合物半导体

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