細談中國碳化硅的從無到有，老一輩工藝先驅(qū)者的匠心足跡

艾新德魯夫執(zhí)行院長 幻實（左） 中國電子科技集團第四十六研究所副總工程師 郝建民（右）

·初生代新風口——國產(chǎn)碳化硅的發(fā)展軌跡

·設(shè)備與工藝——從無到有的跨越與突破

·縮小差距——高歌猛進的乘風破浪

大咖談芯 | 細談中國碳化硅的從無到有，老一輩工藝先驅(qū)者的匠心足跡！

幻實（主播）：

本期我們邀請到了中國電科第四十六研究所副總工程師郝建民先生。請郝總跟大家打招呼！

郝建民（嘉賓）：
各位聽友大家好！

幻實（主播）：
我知道您特別低調(diào)，搜索您的詞條發(fā)現(xiàn)您是國務(wù)院政府特殊津貼的獲得者，很好奇您大部分時間都在忙什么？

郝建民（嘉賓）：
主要忙兩件事：一個是關(guān)注半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)生了什么？另一個是思考它為什么會這樣？大部分時間我會看很多資料，在開會的時候給大家講一講半導(dǎo)體材料的未來趨勢。

主播幻實對話中國電科第四十六所副總工程師郝建民

幻實（主播）：
您應(yīng)該是國內(nèi)最早做碳化硅相關(guān)研究工作的，當年您著手做這個的時候，產(chǎn)業(yè)的環(huán)境和狀態(tài)是什么樣的？

郝建民（嘉賓）：
1986年，我大學畢業(yè)。之后一直在從事X射線結(jié)晶學方面的研究，實際上結(jié)晶學就是研究晶體里邊原子怎么排列的。1987年科銳公司成立，沒過多久碳化硅出現(xiàn)了，我從1999年開始做碳化硅，當時其實還沒有產(chǎn)業(yè)概念。

科銳成立于1987年，是美國著名制造商和行業(yè)領(lǐng)先者

2021年正式更名為Wolfspeed，是目前全球最大的碳化硅功率器件供應(yīng)商 （圖源：百度百科）

碳化硅材料的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，跟原來的硅材料、鍺材料等結(jié)構(gòu)都不一樣，為了要攻克它就得找一個懂結(jié)構(gòu)的人，這時候就把我選上了。

幻實（主播）：
是做單晶的研究嗎？

郝建民（嘉賓）：
做單晶的生長研究，它長完了會是什么？需要掌握其結(jié)構(gòu)。

幻實（主播）：
那時候是起步階段嗎？

郝建民（嘉賓）：
對于我們國家的碳化硅產(chǎn)業(yè)來講，絕對是起步階段——當時國內(nèi)實際上只有三個人在做。接手后發(fā)現(xiàn)我們需要單晶爐，這也需要資金的支持。2002年9、10月份就到了實驗室階段，可以說我國的研發(fā)算得上比較早。

幻實（主播）：
那個時候常規(guī)的硅晶做的怎么樣了？能不能把硅晶的單晶爐拿過來做碳化硅？

郝建民（嘉賓）：
完全不行。因為硅本身是熔體，熔點在1420度左右，而碳化硅要2000度以上，要做的話就得把爐子升溫1000度，但那樣爐子會被燒化。

當時歐洲的碳化硅也才起步不久，設(shè)備也不足。很有意思的是當時有一家公司說可以做單晶爐，我們就去買，買回來后在一所大學里用這種爐子長出了一個小晶體，對方看到后很驚訝，說我們這么大的爐子只長出了這么小的晶體？這就是當時人們對碳化硅的理解。

碳化硅本身的形狀由坩堝形狀決定，坩堝規(guī)則，碳化硅的形狀就規(guī)則。但是長出的晶體并不完全是單晶，一吋的坩堝產(chǎn)出的單晶與多晶混合，晶型上也是4H、6H等混合，看起來黑乎乎的一塊東西，我們就是從這里起步的。

單晶硅生長爐主要由主機、加熱電源和計算機控制系統(tǒng)三大部分組成 （圖源：百度百科）

幻實（主播）：
解決了單晶爐后團隊又是怎樣去突破后續(xù)難關(guān)的？

郝建民（嘉賓）：
從2002到2014年，十二年時間中我一直在做單晶爐的耐高溫測試，這是非常磨人的工作。因為燒爐子跟燒硅不一樣，燒硅是能看見過程的，而燒碳化硅是看不見的，蒙在里面一個禮拜后才能知道結(jié)果。

幻實（主播）：
感覺有點像瓷器開窯，好的壞的開了才能完全知道。

郝建民（嘉賓）：
是的。但是它比瓷器的燒制時間還長，窗口還窄，在燒制過程中，九成情況下都不清楚最后能不能成功。我們就是在這樣的情況下摸索共性的規(guī)律，慢慢走出了一條路。

幻實（主播）：
這方面去海外交流學習可以學回經(jīng)驗來嗎？

郝建民（嘉賓）：
完全不可能，因為在各種學術(shù)會議上討論的都只是結(jié)果。他們只會宣布已經(jīng)成功生產(chǎn)的材料規(guī)格、缺陷，應(yīng)用等，但絕不會告訴你這究竟是怎么做出來的。

幻實（主播）：
海外的高校也不做工藝上的交流嗎？

郝建民（嘉賓）：
從來都沒有。

幻實（主播）：

我們國內(nèi)現(xiàn)在的碳化硅單晶這十幾年發(fā)展到了什么水平？

郝建民（嘉賓）：
應(yīng)該說進步很大，但是未來的路還很長，越走越難，而且尺度提高了。

幻實（主播）：
這個尺度是指什么？

郝建民（嘉賓）：
晶體中的原子是一個挨著一個排列的，當年我做結(jié)晶學研究時是從測量的角度去認知它，現(xiàn)在不一樣了，我們要自己來排原子，看做出來的材料是否百分之百排列整齊了？這個是不知道的。

幻實（主播）：
它屬于一個微觀的控制？

郝建民（嘉賓）：
實際上我們的研究大體可以分為兩大路徑。通過對工藝的控制來測試操作與結(jié)果之間的關(guān)系——哪些能對上？哪些對不上？怎樣調(diào)整修改？這是一條途徑；還有一條途徑是現(xiàn)在比較先進的，就是用電腦模擬仿真再比對，這是結(jié)晶學里邊我們國家跟國外差距比較大的地方，我們在這塊重視程度不夠。由于基礎(chǔ)工作做得不夠，在99.8%到99.98%這個區(qū)間難度會更大，因為越往后，精度要求越高，我們粗放的認知方式就無法滿足相應(yīng)的要求。

碳化硅爐 （圖源：網(wǎng)絡(luò)）

幻實（主播）：
產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有越來越高的標準,這也決定了我們成品率的高低。

郝建民（嘉賓）：
所以我說要走的路還很長。

幻實（主播）：
除了這些，在其他工作中還遇到過什么問題？

郝建民（嘉賓）：
其實我們研究所里有些小組在做氧化鎵、氮化鋁、金剛石等其他材料。我發(fā)現(xiàn)年輕人在工作的時候是從感性到知性，而我有工藝認知的基礎(chǔ)，有認知一些未知事物的能力，我的工作就是要引導(dǎo)他們從知性到理性。我們在不同的層面上展開討論，這樣的話對于他們是有幫助的，這就是我現(xiàn)在存在的價值。

幻實（主播）：
相當于把您當時做技術(shù)管理的優(yōu)勢發(fā)揮出來，讓他們少走點彎路。

郝建民（嘉賓）：
我常常問他們“你為什么不這樣？”或者“為什么這樣做有道理？”用來促使他們思考。

幻實（主播）：
感覺像在帶博士生？

郝建民（嘉賓）：
我們研究所不招學生，但我的角色就是這樣的。

幻實（主播）：
問一個現(xiàn)實的問題，當前在碳化硅領(lǐng)域，國內(nèi)水平和國際的科技大牛的差距是拉大了還是縮小了？情況怎么樣？

郝建民（嘉賓）：
似乎是縮小了。在各種公開的場合我們和別人比的都是尺寸，例如你說你有6吋的，我說我也有6吋的。但是真實情況是，雖然尺寸相同，但二者差距依舊較大。

國內(nèi)很多人都太過浮躁，實際上技術(shù)是有規(guī)律的。我在會議報告里經(jīng)常為我們年輕的技術(shù)人員爭取寬容的生存環(huán)境，盡量能夠有一個聲音來說服甲方，不要那么急，他們已經(jīng)挺努力的了。有些事情得尊重規(guī)律，這是我要傳達的聲音。

幻實（主播）：
您從事這個行業(yè)多久了？

郝建民（嘉賓）：
我是1986年畢業(yè)的，到現(xiàn)在已經(jīng)36年了。

幻實（主播）：
您能用幾句話給我們說一說這三十幾年走過來的感受嗎？

郝建民（嘉賓）：
我本身的專業(yè)是凝聚態(tài)物理，后來做碳化硅。開會的時候，很多人會覺得我好像哪種材料都能講，哪個問題都了解；我想說的是，我自己日常就是一直在知性和理性之間轉(zhuǎn)換。很榮幸這一輩子趕上了國家的****展時期，我非常樂觀和知足。

幻實（主播）：
您對行業(yè)的后輩有什么寄語嗎？

郝建民（嘉賓）：
我希望我們的年輕人能夠沉得住氣，沿著一個領(lǐng)域踏踏實實地做下去，終究會有收獲的。

碳化硅單晶的制備一直是全球性難題，而高穩(wěn)定性的晶體生長工藝則是其中最核心的技術(shù)。之前，這項技術(shù)只掌握在美國人手里，且長期對我國進行技術(shù)封鎖。我國半導(dǎo)體材料長期依賴進口，由此帶來的問題就是半導(dǎo)體材料價格昂貴、渠道不穩(wěn)，隨時都可能面對斷供的風險，而且產(chǎn)品的質(zhì)量也難以得到有效保證。

我國是碳化硅最大的應(yīng)用市場。LED照明、高壓電力傳輸、家電領(lǐng)域、5G通信、新能源汽車，這些碳化硅和其他三代半導(dǎo)體的核心應(yīng)用場景，都以我國作為最大主場。全球生產(chǎn)的碳化硅器件，50%左右就在我國消耗。有市場，有應(yīng)用場景，就有技術(shù)創(chuàng)新的最大原動力和資本市場的投資機會。有最大工業(yè)制造業(yè)的規(guī)模，有國家產(chǎn)業(yè)政策的適度引導(dǎo)，碳化硅的產(chǎn)業(yè)發(fā)展就有成功的基礎(chǔ)和追趕的希望。