4.第三代半导体碳化硅新型功能材料及功率器件

【技术领域】新一代信息技术

【技术开发单位】北京世纪金光半导体有限公司

【技术概述】世纪金光建立了以第三代半导体材料碳化硅与氮化镓为成熟产业化代表的新兴半导体材料和外延材料的设计平台、研发工艺平台、分析测试平台，新兴功率半导体器件的设计平台、研发工艺平台、测试平台、失效机理和可靠性分析、研究平台。技术成果包括攻克大尺寸碳化硅基外延材料均匀性、一致性、稳定性控制技术，研发高性能、高安全性、高稳定性的先进分立器件和模块，研究碳化硅基电力电子器件与氮化镓射频器件单项工艺及成套工艺，逐步实现工程化生产，并集中在电动汽车车载装置，电动汽车充电桩，光伏发电、电源转换装置、风能发电、发电机、铁路交通等清洁高效能领域推广更加广泛的商业化应用。具备新兴功率半导体粉料、单晶、外延、器件、模块等全产业链技术攻关、工艺固化和工程化的能力，协同创新与市场化机制相结合，加快实现了科技成果转化。

【技术指标】

4英寸碳化硅单晶片实现规模化量产，6英寸碳化硅单晶片实现小批量试产。6英寸单晶片电阻率为0.015Ω?cm～0.028Ω?cm，90%有效面积微管达到0.1个/cm2,BPD位错密度≤3x104个/cm2。

碳化硅功率器件：碳化硅SBD根据电压等级分为600V、1200V、1700V，电流0.5A～100A。在正向导通状态时，电压指标<1.8V;反向截止电压状态下漏电流<100μA。碳化硅MOSFET根据电压等级分为600V、900V、1200V、1700V，导通电阻40m?、80m?、65m?等级别，向截止电压状态下漏电流<100μA，阈值电压等指标根据不同产品也不相同。

碳化硅功率模块：碳化硅混合模块目前电压1200V，电流覆盖300A～600A，电路拓扑结构为半桥结构。主要参数如下：饱和压降≤2.1V，二极管压降≤1.8V，漏电≤1mA。与传统Si模块相比，开通损耗下降30%左右，二极管反向恢复损耗下降90%以上。全碳化硅模块主要有1200V/300A和1700V/300A，封装形式为62mm半桥模块。主要参数如下：门极漏电流≤400nA，漏极漏电流≤1mA，阈值电压2.2～2.5V，导通压降≤1.1V（1200V300A），≤2V（1700V300A）。与同等规格的Si模块相比，损耗下降70%以上。

【技术特点】碳化硅功能材料具有禁带宽度大、临界击穿场强大、热导率高、饱和漂移速度高等特点。碳化硅功能材料采用国内外通用的物理气相传输（PVT）法生长，关键技术包括生长温度和温度梯度的控制技术、原材料纯化技术、化学机械抛光（CMP）技术等。碳化硅功率器件击穿电压高，损耗低，速度快，同等应用条件下，系统效率更高，体积更小。其中碳化硅SBD器件采用国际通用的MPS技术和背面减薄工艺，关键技术包括表面电场抑制技术，金属化、退火、减薄工艺等。碳化硅MOSFET量产产品采用更成熟、可靠性更高的平面栅工艺，关键工艺包括栅氧化等。

【先进程度】国内领先

【技术状态】批量生产、成熟应用阶段

【适用范围】

（一）民用领域

主要应用光伏、新能源汽车、高性能服务器电源等行业，其中在光伏行业，主要应用的产品为分布式光伏逆变器，包括其Boost部分（SBD及MOSFET）以及逆变部分（半桥模块，包括全碳化硅模块和混合模块），可使逆变器峰值效率达到99%以上，自身功率损耗降低70%以上，体积减小为之前1/5。在新能源汽车领域，主要应用包括充电桩、车载充电机、车载DC~DC，以及电机驱动器。其中，充电桩、车载充电机、以及DC-DC主要应用MOSFET和SBD产品，电机驱动器主要为大功率模块类产品。在高性能服务器电源行业，主要为应用于PFC的SBD产品，可使系统效提升至超过99%，该行业是当前SiC应用最广泛的行业。

（二）军工领域

主要为各种高压电源和电机驱动器，如相控阵雷达电源，装甲车车载电源，鱼类电机驱动器、飞机多电系统等。碳化硅器件应用，使系统高温性能及可靠性能力明显提高，一方面，导通电阻的主要参数是漂移降级减小30%以上，可使系统性能更稳定。另一方面，可使最高工作温度从150℃上升至超过225℃（受限于封装），使产品应用于更恶略的工作环境。另外，由于其碳化硅材料以及含C元素的SiO2介质层在激活能方面的先天优势，在抗辐照领域应用前景乐观，目前多个产品已处于预研阶段，主要应用为航天高压电源，以及战略武器电源等。

【获奖情况】

北京市工程研究中心和工程实验室

院士专家工作站

2017年度中国国防科技工业企业管理创新成果二等奖

北京市科协金桥工程种子资金C类项目

“2017年充电设施行业新锐企业”称号

“2018新能源汽车功率半导体十佳企业”称号

【专利状态】国际专利7项；国内专利113项含发明专利65项，实用新型48项。

【合作方式】

（1）合作开发：与军用、航空航天、雷达电源产品设计开发企业、新能源汽车、充电桩、分布式能源等行业厂商，共同开发搭载我司自主研发生产的碳化硅功率器件的应用方案，可实现设备的高效化、小型化、轻量化，达到效率提升、减积减重、增加使用寿命的功能，支持产业合作伙伴的创新，产品更具竞争力。

（2）技术服务：提供我司自主研发生产的碳化硅功率器件的技术支持及整体解决方案；提供工业级、车用级、普军级、特军级、超特军级和宇航级电子元器件性能及可靠性检测服务；可提供晶圆制造、划片裂片等半导体晶圆代加工服务。

（3）投资需求：世纪金光完成了从单晶、外延、器件、模块的全产业链贯通，4英寸碳化硅单晶片已实现规模化量产，6英寸单晶片小批量试产。为满足市场需求，扩大产能，同时降低客户使用成本，现需要筹集资金扩大6英寸单晶制造生产线，总投资4.35亿元，建成达产后形成3万片6英寸碳化硅单晶片的制造能力。

【预期效益】碳化硅半导体产品，目前属于国际军事战略封锁物资，各国严格控制出口，产业链巨头都以自用为主，都在试图打通整个产业链，从而垄断市场，获取高额利润空间。我国也将发展碳化硅半导体产业列入国家发展战略，将该产业的发展列入了“核高基”专项的重点支持领域，在中长期发展规划中将重点、持续支持。

Yole最新预测，2020年全球碳化硅市场总值将达到5.5亿美元，2022年将超过10亿美元，年复合增长率（CAGR，CompoundAnnualGrowthRate）将达到28%。

PFC和电源、光伏逆变、新能源汽车、充电设施以及轨道交通将是碳化硅的主要应用市场，其中PFC和电源是目前应用最为成熟的市场，2017年达到1.17亿美元的市场规模，而光伏逆变以0.85亿美元率先进入应用成熟，而新能源汽车（含车载充电机和电机驱动）以0.3亿美元（2017年）紧随其后，并被认为是未来最大的应用市场，预测在2022年达到25%的市场份额，年复合增长率75%。

【联系方式】赵岩010-56993369/15511255369

5.新型轻量化高强度铸造铝合金材料

【技术领域】先进材料

【技术开发单位】中国航空工业集团有限公司兰州飞行控制有限责任公司

【技术概述】新型轻量化高强度铸造铝合金材料是由航空工业兰飞在军民融合项目产业化推进过程中，充分利用军用合金技术，基于我国和国外相关高强度铸造铝合金技术，并充分利用公司航空军用铸造铝合金技术沉淀，通过合金配方研究、成分功能分析、配比调整和优化，以及生产技术的完善和固化等措施，研制出的新型轻量化高强度铸造铝合金材料；该技术产品契合了国家军民融合发展战略，顺应了时代对材料轻量化高强度的要求。ZL270LF铸造性能和综合机械性能优于国产已公布的铸造铝合金材料，性价比较高，铸造成形方法多，市场需求广阔，抗拉强度达到450MPa以上，且具有优良的延展性。同时，综合机械性能优于国外已公布的铸造铝合金材料，综合性能达到国内领先水平。

【技术指标】

抗拉强度：≥450MPa

屈服强度：≥350MPa

延伸度：≥10%

硬度：≥120HB

比强度：166.7

【技术特点】该材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度均优于国内铸造铝合金材料，而抗拉强度、屈服强度、比强度也优于结构钢、灰铸铁、低牌号球铁、20#钢。

【先进程度】国内领先水平,优于国外已公布的相关铸造铝合金的性能

【技术状态】批量生产、成熟应用阶段

【适用范围】可广泛应用于军用航空和其他军工领域，更是新能源汽车、高铁、动车等民用行业轻量化进程中不可多得的轻量化优选材料。

【专利状态】合金配方和熔炼工艺已申请发明专利

【合作方式】公司将以高强度铸造铝合金技术为基础，通过合成、供给合金材料，输出生产工艺技术、质控标准和管理标准，培育和建立广泛的产品铸造生产产业联盟，实现项目的产业化发展。

【预期效益】

轻量化是汽车产业未来15年发展的七大技术路线图之一，是国家汽车产业发展的战略重点，也是世界各国汽车制造商核心竞争力的体现。近年来，在政策和市场的双重驱动下，新能源汽车呈现井喷式发展。2017年我国新能源汽车销量达77.7万辆，2018年更是保持了强劲的增长势头；至2020年，重点区域轻量化新能源汽车用量要达到80%，年产销量将达到目200万辆，该材料的市场前景非常广阔，

该新型轻量化高强度铸造铝合金新材料契合了我国新能源汽车的发展方向,并因具有优异的铸造性能、机械性能、较高的性价比和显著的减重效果，已在包括飞机、无人机、新能源汽车、动车等军民领域应用，并正在向轨道交通、大军工装备领域拓展，市场规模达数千亿元。

【联系方式】杨世林0931-7662918／13919436515