第三代半導體產業是北京市發展高精尖產業的重要內容之一，為重點打造北京第三代半導體產業聚集區，中關村管委會與順義區人民政府共同制定了《關於促進中關村順義園第三代半導體等前沿半導體產業創新發展的若干措施》(簡稱《措施》)。
《措施》以中關村順義園為核心，重點支持企業研發、生產、製造、應用等多個環節，實現從襯底、外延、晶片及器件、封裝檢測以及設備和材料研發的第三代半導體產業全鏈條覆蓋。
目前，中關村順義園已聚集第三代半導體企業140餘家。其中，面向5G通訊、新能源汽車、國家電網、軌道交通、人工智慧等應用領域的產業化重點項目22個，初步實現了產業項目集聚、產業鏈式布局、產業生態優化的局面。
從襯底原料的生產，到晶片「地基」的建設，再到推動加工設備國產化……在中關村的這片熱土，他們是如何一步步建設第三代半導體產業全產業鏈格局的呢?一起來看看吧。
清碳科技：生產半導體材料的理想襯底
金剛石俗稱鑽石，也被科學家稱為「終極半導體」。其禁帶寬度達5.47電子伏特，是矽的5倍，熱導率是矽的14倍，擊穿場強是矽的60倍……這些綜合特性決定了它是電力電子半導體最合適的襯底材料。
走進清碳科技CVD金剛石工藝實驗室，工作人員正在調試安裝好的示範產線設備。設備由反應爐機體和工藝控制系統兩部分組成。
「設備完成從碳原子提取到金剛石單晶沉積這一個生產周期，大概需要三至四周時間，可出產160至200克拉的金剛石單晶原石，單顆以10克拉左右為主，最大記錄是30克拉。」北京清碳科技有限公司執行長寧樹興說道。
根據金剛石的物質特性，金剛石基半導體器件理論工作溫度可達500多攝氏度，且具有極高的耐壓性能和良好的散熱能力，因此可被廣泛應用於高頻大功率應用場景，如大型雷達、智能電網、軌道交通、電動汽車等大功率高壓器件。
目前，清碳科技已與清華大學相關科研團隊結成戰略合作夥伴，在中關村順義園的支持下，成立北京清碳工程技術研究院，面向電子級金剛石材料製備和碳基半導體器件設計開展「產學研用」協同攻關，希望為第三代超寬禁帶半導體前沿科技攻關和高端產業孵化的全球戰略競爭奠定基礎。
鎵族科技：打好晶片生產的「地基」
圓晶片與外延薄膜統稱為外延片，是晶片最上遊的應用材料，所有晶片均以外延片作為基礎，被業內形象的成為晶片的「地基」。
在鎵族科技生產車間，晶片打磨機器正在高速運轉，一位工作人員正坐在旁邊非常細緻地研磨和拋光晶片的襯底，一旁放置著不同形狀大小的晶片。
將晶坯加工成圓晶片，並在圓晶片上成功鍍膜，才算是成功生產出了外延片，外延片再經過微納加工才能成為晶片，最後封裝運用，這是一個非常複雜而又嚴謹的過程。
成立於2017年的北京鎵族科技有限公司是目前首家同時將兩項技術產業化的高新技術企業，擁有自主支撐氧化鎵薄膜製備、氧化鎵同質外延摻雜載流子流度控制等多項自主專利。
目前，鎵族科技的單晶片及外延片已小批量生產，並在光電探測、功率器件、射頻器件等領域廣泛應用。高頻大功率器件即將中試生產。
國聯萬眾：碳化矽晶片及器件批量生產
碳化矽是新興的二元系化合物半導體材料，在直流電源轉交流電源的逆變器設計中，碳化矽模組代替原有的矽模組能夠顯著降低逆變器的重量和尺寸，同時做到節能，在相近的功率等級下，碳化矽模組逆變器重量可降低6千克，尺寸可降低43%，同時開關損耗降低75%。
簡單來說，碳化矽其實是通過科學技術提取高純度的矽粉和碳粉。經過單晶爐的單晶生長然後二次合成為粉料、晶錠，再經過35道工藝處理後才能成為一塊塊尺寸不一的晶片。
成立於2015年的國聯萬眾，依託多年技術積澱，研發生產了擁有自主智慧財產權的碳化矽電力電子晶片及器件，包括肖特基二極體及MOSFET(氧化物半導體場效應電晶體)。
「在新能源汽車和充電樁領域，國聯萬眾碳化矽晶片及器件可以節約萬餘元成本。」北京國聯萬眾半導體科技有限公司市場部馮雪琳介紹，「經市場驗證，碳化矽晶片及器件可以在一定程度上減少車載重量、降低用電及開關損耗，不僅節省了電動汽車內部空間，其耐高溫(200攝氏度也能正常工作)特性也降低了對冷卻系統的要求，節約了冷卻成本。」
目前，國聯萬眾的晶片及器件包括模塊大部分應用於電力電子市場，為移動終端、智能設備提供低能耗、小型化、可攜式的電源，已被長城電源、英飛特伺服器等運用。
特思迪：半導體加工設備國產化
特思迪是一家專注於半導體領域高質量表面加工設備研發、生產和銷售的高新技術企業，產品種類有減薄、研磨、拋光等半導體專用設備，可應用於碳化矽、氮化鎵、氧化鎵等第三代半導體襯底材料、晶片(包括5G射頻晶片、微波晶片、功率晶片、光通訊晶片等)等領域。
襯底材料要用來製作晶片，拋光是一個不可或缺的環節。在拋光去除因切割工藝造成的損傷層、表面不平整等缺陷，並顯著降低表面應力、粗糙度，從而獲得原子級表面。
特思迪公司拋光設備以單面拋光機為主，其中TSP910拋光機是高精度四軸單面拋光設備，其端面跳動的精準度在0.01毫米以內。設備控制面板採用人機對話操作界面，功能全面，操作簡便。
在碳化矽襯底領域，特思迪單面拋光機技術水平已和同類型進口設備相當，其雙面拋光機機臺也已開發成功，如今正在產品測試階段，計劃2021年正式推向市場。
圖片來源：創新創業中關村
(責任編輯：楊博淳)