在當前科技創新、科技強國的時代,以碳化硅半導體為代表的第三代寬禁帶半導體材料的研究和開發已經得到世界各國的高度重視。由于碳化硅半導體襯底材料可制作大功率、高熱導率的高頻率微波器件、功率器件和照明器件,具有非常顯著的性能優勢和巨大的產業帶動作用,歐美日等發達國家和地區都把發展碳化硅半導體技術列入國家戰略,投入巨資支持發展。
美國總統奧巴馬兩次訪問美國碳化硅半導體的領軍企業——美國科銳公司,并稱其將引領美國的制造業實現清潔能源革命。不久前更是親自發起成立美國碳化硅半導體產業聯盟,設立專項資金支持全產業鏈快速突破發展。1.4億美元的總支持額用于提升美國在該新興產業方面的國際競爭力。日本政府則將發展碳化硅半導體技術列入“首相計劃”,認為未來日本50%以上的節能將由碳化硅實現。
在我國,以碳化硅半導體材料為代表的新材料研究和開發,已經成為科技強國的重要組成部分。但由于我國在第一代、第二代半導體領域的研究和開發嚴重落后于歐美日等發達國家和地區,每年都要進口2000億美元以上的電子器件,一直未能實現突破和趕超。
慶幸的是,在國內一直有眾多企事業單位和科研人員在堅持不懈地專注于碳化硅半導體材料的研究。材料專業出身的山東天岳晶體材料有限公司(以下簡稱“山東天岳”)董事長宗艷民深知基礎材料研究的突破對于國家經濟發展和社會發展的重要性,大學時期就立志做強材料報效祖國的他,一直堅持著自己的夢想——通過實現材料領域的突破來提升我們國家的產業發展。
多年來,宗艷民將他從事工程機械代理所獲得的利潤全部投入第三代碳化硅半導體材料的研究和開發。在缺乏資金、設備、人才和技術等支持的情況下,宗艷民承擔著巨大的產業化風險,于2011年年底與山東大學簽約巨資購買有關技術,并進行半導體材料的產業化探索。在先后投入5億余元后,宗艷民和他的研發團隊終于獲得成功,實現了我國第三代半導體材料的重大突破。
如今,山東天岳第三代碳化硅半導體材料已經已經達到世界先進水平,在寬禁帶碳化硅半導體襯底領域岳已經進入世界10強,個別產品進入世界前兩位。山東天岳已可批量生產2、3、4英寸高品質的半絕緣和導電性襯底材料,是世界上為數不多的幾個可以提供該材料的公司,產品已持續供應中電集團等下游客戶。
據宗艷民介紹,碳化硅半導體產品在民用電力電子領域作為“綠色器件”對實現節能降耗將起到重大作用,可以為建立低碳清潔能源體系、高端裝備制造業升級換代奠定了堅實基礎。例如碳化硅功率器件用在新能源汽車、軌道電力機車、家電、智能電網、太陽能、風力發電、電壓轉換等領域,能耗可降低50%,系統體積減小75%。用在照明上可以節約能耗70%,壽命延長10倍。
在我國,電機消耗的電力約占我們整個電力消耗的60%,照明消耗的電力約占我們整個電力消耗的20%,在這兩個領域推廣使用碳化硅半導體產品后即可降低能耗50%。碳化硅半導體技術僅在電力電子、照明電子領域推廣應用后每年可以為國家節約電力2.1萬億度,相當于20個三峽電站的年發電量。使用碳化硅半導體技術和產品,可以省掉大量的火力發電廠,綜合減少碳排放超過22億噸,在為我國節能減排做出卓越貢獻的同時,也讓我們看到了治理霧霾的希望。
宗艷民表示,碳化硅半導體材料在提高性能裝備、增強國防實力方面也有著重要作用。碳化硅基微波器件襯底材料與氮化鎵結合,用在雷達、通訊上其微波輸出功率密度是砷化鎵的10倍以上,工作頻率達到100GHz以上,被廣泛應用于艦船、航空航天、精確制導。例如使用碳化硅基微波器件后戰機雷達測距由原來的80-100公里提升到現在的超過300公里,碳化硅基電力電子器件已經應用于新一代航空母艦的電磁彈射系統,大幅度提高艦載機起降效率,增強了航母作戰性能,大大縮短我國國防建設與美、歐、日的差距。
正是憑借在禁帶碳化硅半導體領域的突出成果,天岳公司與山東大學共同獲得了2013年度山東省技術發明一等獎,并承擔著包括國家“863”項目(首席)在內的國家發改委、工信部、科技部等7項重大專項課題。同時,作為我們國家第三代碳化硅半導體產業的領軍企業,山東天岳正在國家主導下與中電集團、南車時代、華為海思、中興國際等產業鏈骨干企業加快下游器件及應用的開發,聯合進軍第三帶半導體產業以期實現全面突破,在第三代半導體產業上奮力趕超發到國家,打造中國“芯”,實現中國夢。