“经过之前7年的技术积累，我们今年的出货量实现了逐月翻倍增长，现在一天产量达到了1月份整月的产量。”位于河北保定国家高新区的河北同光晶体有限公司是我国碳化硅行业重要企业之一，说起公司的发展势头，董事长郑清超信心十足：“年初月产碳化硅单晶衬底只有100片，现在每月稳定生产3000片，全年预计销售突破2亿元。”
碳化硅单晶衬底到底是什么产品，能具有如此强大的市场吸引力？这要从第三代半导体材料说起。
上世纪60年代，以硅和锗等元素为代表的第一代半导体材料，奠定了微电子产业基础；进入90年代后，随着信息高速公路和互联网兴起，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和GPS导航等领域。
“与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料又被称为宽禁带半导体材料，是战略性新兴产业的重要支撑。”同光晶体有限公司总工程师杨昆告诉记者，碳化硅和氮化镓是第三代半导体材料中的典型代表，具有高功效、高电压、高频率、高工作温度、高光效的特性，目前已经在5G、新能源、航空航天、大数据等领域应用。
碳化硅单晶位于第三代半导体材料产业链最前端，是高端芯片产业发展的基础和关键。2011年，经营着一家电力电子器件产品公司的郑清超，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，第三代半导体材料在我国的研发刚起步，在民用领域尚属空白。
“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。”在郑清超看来，在第三代半导体材料上“弯道超车”，是打破前两代半导体核心技术被国外厂商垄断的机遇。
确定目标后，郑清超在2012年成立了同光晶体公司，从零起步，投入巨资组建研发团队，自主研发攻关搭建生产系统。碳化硅单晶属于典型的技术密集型产业，为此，同光晶体在成立之初就注重聚智发展，产学研深度融合，与中科院半导体所密切合作，引进李树深、夏建白、郑厚植院士及团队，先后联合搭建“院士工作站”“博士后工作站”“SiC单晶材料与应用研究联合实验室”“第三代半导体材料联合研发中心”“第三代半导体材料检测平台”等系列创新平台，为企业自主驾驭碳化硅关键技术奠定重要创新驱动力量。
“在研发初期，由于技术团队对单晶生产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。”杨昆介绍说，随着高纯碳化硅原料合成、晶型和结晶质量控制、籽晶特殊处理等一个个关键技术难题被攻克，同光晶体形成了具备自主知识产权的完整技术路线。
几年来，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17项。
“慢工出细活儿，企业创立后的前几年，我们一直在亏钱搞研发。”同光晶体副总经理王巍说，到2019年底，企业先后投入研发资金已近2亿元，而当年销售收入仅1000多万元。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，“材料领域是个厚积薄发的行业，耐得住性子才能有更好的发展。”
2014年，同光晶体自主研发的4英寸碳化硅晶片“出炉”，并于次年量产；随后，应用在电力电子领域的直径6英寸N型碳化硅衬底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，具备了批量生产条件。去年10月在日本举行的2019年国际碳化硅及相关材料国际会议上，同光晶体的高品质碳化硅材料亮相后受到国际行业认可，产品品质达到了国际先进水平。
目前，同光晶体已拥有自主研发设计的单晶生长炉200余台（套），建成了国内先进、完备的晶体生长、衬底加工、晶片检测生产线。随着世界新兴产业的蓬勃兴起，我国大力推进“新基建”，碳化硅巨大市场空间开始显现。同光晶体以其深厚的技术创新积累和人才储备，积极抢占产业风口，有序扩张产能。
“目前，我们将高品质碳化硅单晶衬底成功应用到我国5G基建中，彻底打破国际行业壁垒，填补国内市场空白，破解了产业发展‘卡脖子’问题。”郑清超说，2021年，同光晶体将筹划推进下一个2000台单晶生长炉厂区建设，预计2022年一期项目600台投产运行，在2025年完成全部设备投资，力争成为全球重要的碳化硅单晶衬底供应商，引领第三代半导体产业发展。
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