?第三代半導體：“虛擬生長”引發(fā)充電革命

聽多了虛擬貨幣、虛擬現(xiàn)實、虛擬主機……有沒有聽過虛擬生長？

“要長出高質量的碳化硅（SiC），我們需要對生產工藝進行設計、調試和優(yōu)化?！本w材料國家重點實驗室教授陳秀芳帶領的課題組有一項重要任務——通過物理氣相沉積法生長出高質量、大尺寸的SiC單晶材料。

“但實際的生長耗時、耗料，可能也不穩(wěn)定，通過計算機模擬‘虛擬生長’過程，可提前獲知溫度、生長速率等信息，”陳秀芳說。這個方法就像“戰(zhàn)爭推演系統(tǒng)”和實打實地實戰(zhàn)一樣奏效。

近日，國家重點研發(fā)計劃“中低壓SiC材料器件及其在電動汽車充電設備中的應用示范”項目召開年中總結會，由山東大學等單位承擔的課題一，僅用一年時間就獲得了低雜質的6英寸SiC晶體，單晶區(qū)直徑大于15厘米，為了讓這些晶圓能夠批量生產，課題組還搭建了擁有自主知識產權的6英寸SiC單晶爐。

項目負責人、浙江大學教授盛況介紹，項目以應用需求為牽引，將實現(xiàn)材料—芯片—模塊—充電設備—示范應用的全產業(yè)鏈創(chuàng)新。也就是說，高品質的SiC材料和芯片將成為充電設備的核心部件，經過封裝、設計等工藝，為電動汽車高效、高能地充滿電力。

“項目組由SiC領域內各環(huán)節(jié)多個實力較強的單位組成。截至目前，課題二開發(fā)了650V和1200V SiC MOSFET芯片，課題三開展了前沿的高K柵極介質的技術研究，研制出了1700V SiC MOSFET芯片，課題四完成了全SiC半橋功率模塊的試制，課題五有2臺充電樣機在北京試運行?！笔r告訴記者，五個課題組就像一個產業(yè)鏈條上的五個關節(jié)，互為協(xié)作、互為支撐，將共同呈現(xiàn)出SiC從材料獲得直到產業(yè)落地的全鏈條。

“今年下半年，課題一要給課題二、三的承擔單位‘供貨’，初步完成芯片封裝和模塊設計?！痹谑r的任務文件中，有一張七彩的點線圖，時間節(jié)點和課題任務頭連頭、尾接尾，有并行推進的，也有順序完成的。項目甚至制定了“項目上下游課題間的送樣計劃和標準”。

“每次湊在一起都是奔著解決問題來的?！笔r說，前一年的研究正在穩(wěn)步推進，現(xiàn)階段我們要做的是在明確的方向下攻克核心技術，進一步落實關鍵任務。

如果整個項目是一艘行駛向“新型充電方式”的大船，課題五就是這個船上的舵手，“它明確地提出應用需求、實現(xiàn)目標，而上中游的研發(fā)團隊則圍繞目標制定具體的推進方案?！笔r說。

作為落地的具體實施者之一，泰科天潤半導體科技（北京）有限公司吳海雷告訴科技日報記者，“與現(xiàn)在的充電樁相比，新型SiC充電模塊能達到最高96%的電能轉化效率?！?br/>
高溫環(huán)境和空載是傳統(tǒng)充電樁的“痛點”，第三代半導體的應用將解決這個問題。吳海雷說，研究表明，傳統(tǒng)SiC器件充電模塊的工作環(huán)境溫度達到55℃時，開始降功率輸出或停機，新型SiC充電模塊在65℃時，才開始降低功率輸出，“這基本杜絕了夏天宕機的情況。”

《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》顯示，到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產銷量超過500萬輛，“這意味著需要建480萬個分布式充電樁、1.2萬座集中式充換電站?！眳莵喞渍f。這是一個不斷擴張和不斷完善相結合的產業(yè)，為能源結構的重大調整和新能源對化石能源的革命性顛覆，它的起點是一種名為SiC的完美晶體的生長，緊隨其后的是一條嚴密布局、創(chuàng)新涌動的產業(yè)鏈。