在半導體材料領域，一般將硅、鍺等材料稱為第一代半導體，將砷化鎵等材料稱為第二代半導體，將碳化硅、氮化鎵等材料稱為第三代半導體。

碳化硅主要用于制造高溫、高頻、大功率半導體器件，是發(fā)展第三代半導體產業(yè)的關鍵基礎材料，在新能源汽車、太陽能發(fā)電、機車牽引、大功率輸配電、微波通訊和寶石等領域擁有廣闊的應用前景。

中國科學院物理研究所陳小龍研究員帶領他的團隊，長期聚焦于碳化硅晶體生長，走出了一條從基礎研究到產業(yè)化的自主創(chuàng)新之路，將研究成果進行產業(yè)轉化，成功打造出一家國內碳化硅晶圓的龍頭企業(yè)-北京天科合達半導體股份有限公司，打破了國外的技術壟斷，成為國內碳化硅半導體晶圓產業(yè)的開拓者。

中國科學院物理研究所 陳小龍

二十年磨一劍

碳化硅晶體生長難度很大，需要在2300℃以上進行，加上生長過程中化學成分容易偏離，導致許多缺陷的形成，國際上的研究進展一直很緩慢。直到上世紀九十年代初，美國、德國等在技術上才有所突破，但該技術對其它國家嚴格保密。

1999年剛開始從事碳化硅晶體研究時，陳小龍和他的團隊只能根據基本物理原理，從零做起，一點點摸索基礎的實驗規(guī)律，同時研發(fā)生長設備。經過7年的辛苦打拼，他們掌握了碳化硅晶體生長的基本規(guī)律和一些關鍵技術，把晶體尺寸從厘米級擴大到2英寸，終于看到了產業(yè)化的曙光。

2006年，以物理所的碳化硅晶體生長技術入股，陳小龍發(fā)起成立了國內第一家碳化硅產業(yè)化公司-北京天科合達半導體股份有限公司。但產業(yè)化進程并非一帆風順，經歷了諸多挑戰(zhàn)，因為國內沒有任何經驗可以借鑒。作為一種高技術產品，要求碳化硅晶體內不能有任何宏觀缺陷，微觀缺陷要非常低，更重要的是要保證不同批次的晶體質量穩(wěn)定。這些都對碳化硅晶圓的制備形成了挑戰(zhàn)。

面對這些挑戰(zhàn)，需要深入系統地研究，找出缺陷的形成機理，提出解決方案，再應用于生產。陳小龍帶領他的團隊，經過不懈努力，不畏失敗，相繼攻克了2英寸、4英寸和6英寸碳化硅晶圓的基礎問題和關鍵技術，并持續(xù)開發(fā)了4代具有自主知識產權的晶體生長爐。如今他們研發(fā)的碳化硅晶圓已進入國際市場，支持了國內碳化硅產業(yè)鏈的全面崛起。

基礎研究推動產業(yè)化

很多人不理解產業(yè)化對基礎研究的需要。陳小龍說：“在我看來，產業(yè)化階段的技術水平，恰恰是基礎研究階段積累的體現”“更讓我高興的是，每當在實驗室里有了新的突破，都能很快用到產業(yè)化中去，使碳化硅晶圓質量大幅提升”。如果半導體晶圓質量不過關，一定是有些基本規(guī)律沒有掌握。因此，基礎研究在高技術領域是非常重要的。

在陳小龍看來，產學研的實質性合作，也是推動碳化硅產業(yè)化的重要因素。

一方面實驗室的基礎研究取得進展后，可以馬上把得到的新認識、新規(guī)律應用到生產，得到反饋后又能在實驗室盡快開展針對性研究。這種產學研的密切結合，有助于加快產業(yè)化的進程。

另一方面可以培養(yǎng)產業(yè)化所需的關鍵技術人才，加速產業(yè)化進程。他已經培養(yǎng)了多名從事碳化硅晶體生長的博士，這些畢業(yè)生目前已成為碳化硅晶圓研發(fā)和管理的中堅力量。

“創(chuàng)新從來都是九死一生”

“創(chuàng)新從來都是九死一生”，道出了創(chuàng)新的不易。在碳化硅晶體產業(yè)做強的道路上，未來還充滿了許許多多的坎坷險阻，還有很多需要解決的科學和技術難題。隨著碳化硅器件向大功率、高電壓方向的發(fā)展，對晶體的質量要求越來越高，缺陷越來越少；為降低成本，晶體的尺寸需要越做越大。

面對質量提高和尺寸增加所帶來一系列新的技術問題，陳小龍和他的團隊仍然堅持基礎研究，堅持自主創(chuàng)新。因為核心技術是拿不來的，等不來的。陳小龍?zhí)寡裕骸霸谔蓟杈w研發(fā)的路上還有很長的路要走，需堅守初心、砥礪前行，把這一產業(yè)做強做大，推動國內碳化硅產業(yè)的快速發(fā)展”。