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八年一剑 御风雄起

——探秘“同光晶体”的创新智造之路

来源:保定日报作者:米冬冬 贾祎玮 孙韶蕾时间:2020-11-13 09:10


在同光晶体生长车间,技术人员正在检测碳化硅晶体生长情况。                               同光晶体供图


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质量检测中心,技术人员严查检查产品各项参数

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技术人员正在清洗加工晶片


□本报记者 米冬冬 贾祎玮 孙韶蕾

国内先进、省内唯一能量产第三代半导体材料的企业,先后承担国家863计划、国家重点研发计划、国家技术改造工程等重大国家专项,承担省级研究课题10余项,拥有专利70余项,其中发明专利15项,主持行业标准1项、企业标准2项——河北同光晶体有限公司依托深厚的技术底蕴、强大的创新能力和专注的市场打磨,借5G时代到来的东风,成长为国内碳化硅行业的重要企业之一,截至2020年10月底,市场规模达到1亿多元。

是什么让创立仅8年的同光晶体拥有了如此深厚的创新驱动实力?是什么让同光晶体从零起点逐步成长为碳化硅行业的领跑者?本报记者带您一探究竟。

铸剑:与其让外国人卡脖子,不如自己干

同光晶体成立于2012年。此前,企业创始人、董事长郑清超经营着一家主营电力电子器件产品的公司。由于企业生产涉及诸多原器件,让郑清超与中科院半导体所结缘,并对原器件、新材料拥有了敏锐的市场洞察力。

伴随光伏产业的爆发及LED产业的兴起,郑清超的公司涉足其中,生产高频开关电源、电源柜等产品,加深对材料领域的深耕。

2011年,郑清超接触到碳化硅这一新兴材料,凭借专业的技术积累和敏锐的市场前景认知,他果断地进军碳化硅行业。

当时,第三代半导体研发刚起步,在民用领域尚属空白,但其宽禁带、耐高温、抗辐射、高电子迁移率、高热导率等特性,是制作大功率、抗辐照及光电集成器件的理想材料,在卫星通信、高压输变电、轨道交通、电动汽车等领域具有广阔的应用价值。

在郑清超看来,这是打破前两代半导体核心技术被国外厂商垄断的机遇。“不能总跟在人家后面跑,与其让外国人在技术上卡脖子,不如自己干,弯道超车的机遇就在第三代半导体材料。”郑清超说。

于是,郑清超转身跨入第三代半导体核心材料——碳化硅行业。

磨剑:亏钱也要搞研发

核心技术、关键技术,必须立足自己——这是同光晶体创立伊始确立的核心理念。在这一理念指引下,同光晶体从零起步,投入巨资,组建研发团队,自主研发搭建起生产系统。

然而,中间环节的打磨、关键设备的国产化、生产成本的掌控,每一步都很难。

在研发初期,由于技术团队对单晶生长工艺系统理解不深刻,再加上气路、水路等配套环境不匹配,试制的晶体在位错、应力、微管、空洞等多个指标上都不合格,每个指标的改进都异常艰难,要做上万次试验才能成功。

与技术上遭遇的困难相比,市场困境让同光晶体备受炙烤。由于技术超前,碳化硅材料在市场上的适用场景很少。直到2019年,同光晶体的主营业务收入仅为1000多万元。这导致同光晶体的大量研发投入难以快速产生经济效益。同光晶体副总经理王巍坦言:“企业创立后的前几年,我们一直在亏钱搞研发。”

经济上的困境并未改变同光晶体“以技术创新为本”的发展理念。自2012年成立以来,同光晶体始终保持高强度研发投入,到2019年底,先后投入研发资金已近2亿元。

在王巍看来,同光晶体今日的成果,除了国家政策的扶持、企业对国际半导体行业发展方向的把握外,离不开对核心技术创新研发的坚守和深耕。“材料领域是个厚积薄发的行业,十年磨一剑,慢工出细活。”王巍说,“得耐得住性子才能有更好的发展。”

亮剑:厚积薄发成为行业明星

砥砺耕耘,终有收获。

伴随5G时代的到来、电动汽车等相关行业的发展,碳化硅行业迎来快速发展的风口。同光晶体以其深厚的技术创新积累及人才储备,成为国内碳化硅行业的一颗明星。

早在2014年,同光晶体就设立院士工作站,成功引进中科院李树深、夏建白、郑厚植等半导体领域的院士和一批拥有博士、硕士学历的高层次技术人才。目前,同光晶体拥有一支40人的研发队伍,其中专职研发和试验人员30人,内部高级专家及博士5名,外聘专家7名,研发人数占到企业总人数的20%以上。

近年来,同光晶体先后承担国家863计划、国家重点研发计划、国家技术改造工程等重大国家专项,承担省级研究课题10余项,拥有专利70余项,其中发明专利15项,主持行业标准1项,企业标准2项。

在市场上,同光晶体将高品质碳化硅单晶衬底成功应用到我国5G基建建设中,彻底打破行业壁垒,填补国内市场空白,破解产业发展“卡脖子”问题。应用在5G基建等射频领域的4英寸高纯半绝缘型碳化硅单晶,同光晶体的产品各项技术指标均达到国际先进水平;应用在电力电子领域的直径6英寸N型碳化硅衬底,同光晶体取得关键工程化技术突破,达到车规级功率半导体芯片的应用标准,具备批量生产条件。2020年,同光晶体的市场规模激增超1亿元,成为碳化硅行业的明星企业之一。

然而,同光晶体并不满足。

他们把目光投向国际领先的行业巨头。“国内硅材料技术与国际领先技术尚有10至20年的差距,我们的对标企业是美国科瑞公司。同光晶体希望用5到10年的时间,核心技术达到甚至是领先于国际水平。”郑清超说。

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