​关键！天科合达等6寸SiC技术实现这一突破

前段时间，国家电网利用SiC技术在雄安新区建设了柔性变电站，这是世界首个基于35kV全SiC变电站，实现了多项技术突破。

该项目的成功得益于天科合达、中电五十五所、株洲中车等18单位的共同努力,今天我们就来讲讲他们在高压SiC衬底、外延、器件等环节的突破。

天科合达：

衬底实现大尺寸、低缺陷突破

9月14 日，国家电网主导的35kV全SiC柔性变电站在雄安智慧驿站顺利投运。

10月11日，国网智研院功率半导体研究所官微宣布公布了更多的细节。

首先他们联合中科院半导体所、天科合达、中电五十五所、株洲中车等18家单位，经历了6年的自主攻关，已经成功实现了6.5kV级碳化硅材料-芯片-器件-测试-驱动-装置应用全链条技术突破。

与此同时，他们还研制了同电压等级国际上电流最大的6.5kV/400A碳化硅MOSFET模块，可应用于35kV/5MW全碳化硅电力电子变压器。

具体来说，他们实现了哪些突破呢？

众所周知，各种SiC功率器件在低压（600～1700V）领域实现了应用，但更高耐压（6500V及以上）的器件，受限于衬底材料缺陷密度和直径，厚外延材料缺陷大，高压芯片结构设计窗口窄，工艺加工难度高等因素，目前仍处于研发阶段。

而国网他们这次开发了6.5 kV/25A SiC MOSFET和6.5kV/400A碳化硅MOSFET模块，并实现了柔直电站的稳定运行，可以说得益于多个SiC环节产品质量和制造工艺的进步。

首先，在SiC衬底方面，业者多项研究表明，100A的SiC MOSFET芯片面积大约为10 平方毫米，而6.5kV/30A/20A大约为7-8平方毫米。而0.5-1cm2有源面积大尺寸SiC器件是很难以高良率制造的，其中缺陷密度很关键。

同样是1.68cm-2的缺陷密度，4平方毫米的芯片良率可以达到87%，而且10平方毫米的芯片良率会掉到49%左右。

据国网半导体所介绍，碳化硅材料方面，天科合达他们攻克了高压碳化硅器件对6英寸单晶衬底扩径生长、缺陷密度控制和大尺寸外延缺陷控制、快速外延生长等技术难题，研制了高质量国产单晶衬底，实现了低缺陷密度厚外延材料制备。

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外延、器件、测试等环节也实现突破

实现了高压SiC MOS的可靠性

其次，外延质量也很重要。

3.3kV SiC器件的外延层大约为30μm，而6.5-10kV则要达到50-90μm，而高压器件的一个关键挑战是，较厚的外延层会导致出现更多的缺陷，而且从4寸到6寸掺杂控制和均匀性也变得更加困难。

所以，该项目团队通过改进外延SiC生长工艺，将影响芯片生产良率的表面缺陷密度进行了有效控制，尤其是提高了“杀手级”缺陷BPD转换率，提升了SiC器件的可靠性。

碳化硅芯片方面，该项目团队解决了设计和工艺兼容性差、导通电阻大、碎片率高等难题，在国内首次掌握了6英寸碳化硅芯片全流程工艺，国内首次批量研制高耐压、高通流能力的6.5 kV/25 A SiC MOSFET芯片，通过高温栅偏、高温反偏等系列可靠性测试。

碳化硅测试方面，项目团队建成了国内首套6.5kV/400A SiC MOSFET模块动态测试平台，系统寄生参数低，克服了现有商业测试平台的不足。

天科合达多个碳化硅项目即将投产

国产导电型SiC衬底是业界非常关注的焦点，尤其是6英寸的产品，这次天科合达的衬底能够应用在变电站，让许多人对其在新能源汽车应用有了更多的期待。接下来，我们盘点一下天科合达的碳化硅项目进展。

● 新疆项目

据“师市融媒体中心”5月4日消息，新疆天科合达蓝光半导体的碳化硅衬底项目二期预计将于今年6月竣工达产。

消息显示，该碳化硅衬底项目于2020年3月19日立项，总投资1亿元，建筑面积为6142.4平方米，预计建成后安装100台套单晶生产设备，可达到年产单晶衬底1500锭、单晶原料50吨的规模，年度产值可达6500余万元。

● 徐州项目

2022年2月，天科合达表示将扩建徐州二期碳化硅生产基地，预计今年年底可实现投产。

● 北京项目

2021年11月，天科合达在北京黄村镇的“SiC衬底产业化基地”一期项目已完成主体建设，正在二次结构施工，现已完成封顶，预计明年实现投产。

据了解，天科合达的北京项目于2020年8月举行了开工仪式，总投资约9.5亿元人民币，总建筑面积5.5万平方米，将新建一条400台/套SiC单晶生长炉及其配套切、磨、抛加工设备的SiC衬底生产线，预计于2022年年初完工投产，建成后可年产SiC衬底12万片。

与此同时，北京大兴区政府还表示，天科合达的二期项目也提上了日程，项目用地面积达77亩，计划投入800台SiC单晶生长炉和配套加工设备，年产SiC晶片达25万片，计划于2024年建成投产。

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