天科合达｜第三代半导体“小巨人”从大兴崛起

大兴融媒体中心消息 近年来，在新能源汽车、工业互联网、光伏、风电、5G通信等应用需求的强力拉动下，第三代半导体产业迅速发展。这是全球半导体技术研究和新的产业竞争焦点，也是推动产业创新发展和转型升级的新引擎。位于大兴区的北京天科合达半导体股份有限公司是国内首家专业从事第三代半导体碳化硅晶片研发、生产销售的集成电路行业国家级高新技术企业，碳化硅衬底产量全国第一。大兴融媒记者实地探访企业总部，参加第三代半导体产业峰会，寻找这家专精特新“小巨人”企业的新质生产力。

第三代半导体是指带隙宽度≥2.3eV的宽禁带半导体材料，主要包括碳化硅和氮化镓。相比以硅、锗等材料为主的第一代半导体和以砷化镓等为主的第二代半导体，碳化硅晶片性能优异，是制造耐高压、耐高温、高频、低能耗半导体器件的理想材料，是国家新一代信息技术核心竞争力的重要支撑，拥有广阔的发展前景和应用空间。

第三代半导体产业被认为是极具基础性、前瞻性和战略性的先导产业，是有望实现“换道超车”的产业突破口，行业技术门槛很高。碳化硅晶体生长面临着生长温度高（约2300℃）、温场难以控制、易产生缺陷、晶体构型多（达200多种）、易相变、边缘易自发形核、晶体扩径难等诸多困难，生长大尺寸碳化硅晶体成为重大挑战。

在位于大兴区的天科合达总部展厅，展示着公司自2006年9月成立以来的发展历程。当时，中科院物理所与新疆天富集团联合组建天科合达，率先进入第三代半导体赛道。据新华社报道，通过自主研发和技术积累，天科合达已形成拥有自主知识产权的碳化硅单晶生长炉制造、原料合成、晶体生长、晶体切割、晶片加工、清洗检测和外延片制备等七大关键核心技术体系，覆盖碳化硅材料生产全流程，形成一个研发中心、三家全资子公司和一家控股子公司的规模化业务布局。

天科合达副总经理刘春俊向记者介绍，与传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅单晶材料上，必须在导电型碳化硅单晶衬底上额外生长与衬底晶相同的外延层，并在外延层上制造各类器件。目前，天科合达的主要产品包括6、8英寸导电型碳化硅衬底、4、6英寸半绝缘型碳化硅衬底、6英寸碳化硅晶体、碳化硅外延片、单晶生长炉等。行业数据显示，天科合达导电型衬底在全球市场的占有率从2019年的6%攀升至2023年的18%。

碳化硅器件具有高功率密度、高频率、低损耗等特性，在电动汽车领域，可以显著优化汽车电驱系统效率，提升能效5%—10%，缓解“续航里程焦虑”。在电力与智能电网领域，可以降低供电系统能耗、简化电路拓扑，提升输变电效率，助力构建智能电网。在轨道牵引领域，碳化硅器件可提高牵引变流设备效率10%以上，满足轨道交通大容量、轻量化等需求。在风电、光伏、储能等新能源领域，碳化硅器件在发电机、逆变器、变流器中也有广泛应用空间，其抗辐射、耐腐蚀性能还特别适用于海上、高原等环境。在5G通讯领域，使用碳化硅基氮化镓射频器件，可以获得良好导热性和高功率密度，成为5G基站功率放大器的主流选择。

天科合达获得的荣誉、资质、认证，摆满展厅一整面墙：2021年成为工业和信息化部认定的专精特新“小巨人”企业，2021—2024年，连续入选全球独角兽企业榜单……今年5月，天科合达刚刚获得全国五一劳动奖状。

在北京（国际）第三代半导体创新发展论坛上，北京市科委、中关村管委会党组成员、副主任龚维幂在致辞中强调，新材料是新型工业化的重要支撑，是国家大力发展的战略性新兴产业，也是加快发展新质生产力、扎实推进高质量发展的重要产业方向。他表示，北京市高度重视并支持第三代半导体技术发展与产业培育，自“十一五”以来围绕材料、器件、装备、应用等全链条布局，对标国际领先水平，相关高校、院所、企业开展前沿技术和关键核心技术攻关，“目前北京市第三代半导体技术水平总体上与国际同步”。天科合达总经理杨建表示，我国在碳化硅晶片领域已经实现“换道超车”。目前，天科合达的产品实现了对国内外客户的全方位供应，成为全球碳化硅晶片的主要供应商之一。

6月5日至7日，2024宽禁带半导体技术创新与应用发展高峰论坛在京举行。天科合达常务副总经理彭同华作题为《构建更完善产业生态，助力碳化硅行业跨越式发展》的报告，介绍了碳化硅材料的性能与市场应用、发展历史与制备特性。彭同华表示，碳化硅材料产业主要包括衬底、外延、器件、应用4个环节。

彭同华在分析产业生态时指出，碳化硅材料产业经过20多年的发展，随着国产化技术的成熟，量测、制造等设备成本正在不断降低，产业生态正在逐步形成、完善。但是，在自动化系统、信息系统、质量管理体系、标准体系、检测认证等领域仍需全行业继续努力。为了推出具备极致性价比的碳化硅产品，应该实现国产自动化、小型化、节能型、高可靠性的制造设备，国产量测设备应获得行业广泛认可，同时加强国产化重要耗材、辅材的质量提升与管控，形成获得行业广泛采纳的产品和方法标准，加快产品检测认证建设，推进行业自动化、信息化。

“碳化硅衬底技术与质量已经成熟，目前聚焦于进一步降低位错密度，以及各项质量参数的分布收敛性控制。目前，碳化硅功率器件的主要竞争对手是硅器件，只有构建更完善的碳化硅产业生态，才能获得更大的市场规模。”彭同华展望，在碳化硅衬底行业，国内企业已经趋于与国外企业并跑，下一步主要朝更大尺寸、更快生长速度、更厚晶体、更少加工损耗方向发展，打造极致性价比的产品。