天域半导体：聚焦核心技术攻关 推动碳化硅半导体产业发展

文/刘启强 栗子涵

[导语]

成立于2009年1月的东莞市天域半导体科技有限公司（以下简称“天域半导体”），是我国首家专业从事第三代宽禁带半导体碳化硅（SiC）外延晶片研发、生产与销售的国家高新技术企业，同时也是国内首家通过汽车质量管理体系(IATF16949:2016)的外延材料企业。作为第三代半导体产业技术创新战略联盟副理事单位，天域半导体为东莞市乃至广东省的半导体产业集群化发展起到重要引领和辐射作用，并为东莞打造全省碳化硅半导体产业高地提供了重要支撑。

第三代半导体碳化硅（SiC）作为典型的宽禁带半导体材料，因其优越的物理特性，非常适合在大功率、高温和高频环境下应用，也是目前产业化程度最高的三代半材料，其产品应用场景已覆盖电源/功率因数校正（PFC）、光伏、新能源汽车/充电桩、风能、轨道交通、智能电网等诸多领域。与传统的硅基器件相比，碳化硅制造出的电力电子器件体积更小、功率更大、更高效，系统级的成本也更低。

作为我国首家从事SiC外延片研发和生产的企业，天域半导体的成立填补了国内产业链的空白。经过十多年的不断发展与沉淀，天域半导体已成为国内SiC半导体外延晶片行业的领航者，其主导的650V～10 kV级SiC外延产品可满足全系列、全规格的单、双极型SiC功率电子器件所使用，除满足国内市场需要外，还有部分外销能力。目前，天域半导体已与上下游合作伙伴建立了良好的合作关系，服务客户不仅有华为、中国中车、国家电网、比亚迪、香港APS、美国X-F AB、韩国现代等国内外知名企业，还包括数十家国内知名的大学、科研院所和设计公司。

天域半导体办公楼

砥砺创新 开展高水平产学研合作

科技创新是推动企业做大做强、长足发展的重要引擎，而创新人才又是支撑企业科技创新的第一资源。在研发人才方面，早在2010年，天域半导体就引进了以王占国院士为首的中科院半导体所7名技术专家，联合成立了中科院半导体所-天域碳化硅技术研究院，此举为企业早期的研发团队建设奠定了坚实基础。经过多年的砥砺创新与发展积累，天域半导体已组建了一支有近70人的高素质研发团队，其中不乏毕业于香港大学、北京大学、山东大学和华南理工大学等著名高校的高层次硕、博人才，核心骨干成员平均拥有5年以上行业研发经验。在研发条件方面，公司专门给研发部门配备了SiC-CVD外延炉和全套的SiC外延材料检测、清洗和磨抛设备配套，构建了完整的SiC外延晶片研发生产线。据了解，天域半导体目前在碳化硅外延领域已申请专利50多项，参与承担了10多项国家、省、市科研项目和4项国家标准的制定工作，先后获得国家高新技术企业、广东省工程技术研究中心、广东省工程技术中心、广东省博士后工作站、广东省博士后创新实践基地、东莞市百强创新型企业等多个认定资质。

在企业创新发展过程中，天域半导体与国内著名高校、科研院所建立起长期的合作关系，联合开展产学研协同攻关，推动相关技术成果实现了有效转化和落地。近年，天域半导体充分发挥企业创新平台作用，通过高水平的合作为技术研发人员提供了更加广阔的发展空间，如：2020年5月与厦门大学签订协议联合培养硕、博研究生，并共同研发碳化硅外延材料的少子寿命调控技术；2021年5月,又与西安交通大学达成合作协议，在企业内设立广东省博士后创新实践基地，联合培养博士后研究人才等等。

久久为功 实现多项技术国内外领先

当前，随着新能源汽车、智能电网、轨道交通等下游应用场景的逐步成熟，市场对碳化硅外延晶片及相关产品的需求快速增长。天域半导体根据市场需求及时调整策略、不断扩大产能。经过十多年持续研发和生产实践，企业已掌握了碳化硅外延晶片生产的整套核心技术，目前外延片产能可达7万片/年。凭借拥有世界一流的SiC外延设备，以及顶尖的外延工艺团队和企业设备改造团队等多方优势，天域半导体在多项技术上实现了国内外领先，如：在国内最早实现4英寸～6英寸4H-SiC外延片的量产、在国内首创万伏级4H-SiC厚外延技术（2014年实现＞10 kV，2015年实现＞20 kV），以及在全球量产工艺中最快的4H-SiC外延生长速率（≥90μm/h）等等。

在碳化硅功率半导体产业链中的单晶衬底、外延材料、器件流片、封装等环节中，外延质量是决定器件稳定性的关键。为了实现高质量发展，天域半导体计划引入业内知名上下游企业入驻东莞新材料战略新兴基地，共同建设一个含衬底、外延、流片、封装等碳化硅半导体全产业链的第三代半导体产业园区，加快提升碳化硅产业发展能力，稳定产业链和供应链，为国家重大工程和重点领域亟需的关键核心基础技术和产品工程化、产业化突破提供材料保障。

天域半导体公司主营产品

天域半导体生产车间

剑指未来 绘就企业发展战略蓝图

随着新能源汽车、5G大数据等前沿产业的快速发展，碳化硅半导体产业市场的需求也将大幅增长。当前，碳化硅外延领域的产业化已经形成，如何降低成本、提升毛利率将成为企业能否赢取市场竞争的关键，其中通过提升晶圆尺寸进一步降低碳化硅功率器件的制造成本是半导体领域企业普遍采用的技术手段。随着6英寸SiC外延片的产业化落地，更大尺寸的8英寸SiC外延片将成为SiC宽禁带半导体的主要发展方向。

基于以上需求，天域半导体也为自身长远发展绘制了一幅战略蓝图。

一是继续坚持创新为导向的技术发展路线，通过加大研发投入和引进材料、器件领域相关专业优秀技术人才，确保在行业内的技术领先优势。二是引进高端市场营销人才，做好市场支持服务，扩大国内外市场、实施营收倍增计划。三是拓展碳化硅功率器件研发、生产产业链，进一步巩固在碳化硅外延晶片行业的国内龙头地位。四是以未来市场为需求导向实施增线扩产计划，新增6/8英寸生产线，完善厂房配套设施以扩大产能。五是立足企业长远发展，积极启动上市计划，力争在2023年实现上市。

作为国内外碳化硅延领域的龙头企业，接下来，天域半导体将不断扩大设备、产能、技术上的领先优势，继续发挥引领带动作用，助力广东第三代半导体产业高质量发展。据了解，天域半导体已经与世界SiC单晶衬底领导者美国II-VI公司签订了战略合作协议，未来三年内将获得全球最早一批量产8英寸SiC衬底的稳定供应，并计划在松山湖高新区投入约80亿元，建立大型的SiC半导体材料研究中心和产业化基地，建设一条年产能100万片的6/8英寸碳化硅外延晶片的生产线，这也是全球首条8英寸碳化硅外延晶片量产生产线。此举将带动一批下游器件企业在东莞投资建厂，引领和推动东莞乃至广东省的半导体产业集群化发展，为东莞打造全省碳化硅半导体产业高地提供有力支撑。