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2022年9月30日 星期五
充电10分钟,行驶400公里!能耗降低50%!它功不可没!又一个千亿大产业,来了
所属分类:技术前沿
来源: 央视
更新日期:2022-09-20

以碳化硅为代表的第三代半导体材料,广泛运用在5G基站、新能源汽车等数字经济领域。这十年,以中国电科为代表的企业,已完成从材料、装备、芯片、器件到应用的体系化布局,推动了我国第三代半导体产业快速发展。

从实验室样品到商用产品 核“芯”技术跑出加速度

在江苏南京中国电科五十五所的这间展厅里,有着多种规格的碳化硅器件。它们已经在新能源车载充电装置上实现了批量应用,有了它们,新能源汽车的充电速度和整车性能都会大幅提高。

中国电子科技集团首席专家 柏松:新能源汽车如果用传统的第一代半导体器件,充电时间需要半个小时以上,而采用了第三代半导体碳化硅器件以后,可以实现充电10分钟行驶400公里。

柏松从事碳化硅器件的开发和应用研究已有近20年。他告诉记者,这是新能源汽车车载充电装置所需的关键元器件,2020年以前,这类器件完全依赖进口,而现在,中国电科的碳化硅器件,装车量已经达到100万台。

中国电子科技集团首席专家 柏松:尤其从2021年春节开始,国内一些知名的车企出现了核心器件断供问题,而国内的器件适时切入。通过这次机会,国产器件有机会跟国外的知名企业同台竞技,实现了一个零的突破。

2015年,柏松牵头的半导体器件实验室成立。起初,他们研发的产品只是应用在电源等工业领域,直到这两年,才逐步应用到新能源汽车等领域,并实现了批量生产和商用。柏松的研究团队,也从2015年的50人扩张到了100多人。

中国电子科技集团第五十五研究所主管设计师 李士颜:入职的这六年间,我最大的收获就是将产品从一个实验室的样品,推出了真正商用的批量化产品,经历了反复迭代,才实现产品可靠性能够达到用户真真正正应用的需求的过程。

从2英寸到8英寸 碳化硅晶片“芯”成本下降

碳化硅器件市场增长背后,是十年来中国半导体企业从材料到装备到芯片、器件的全链条布局。

在国内最大的碳化硅材料产业基地,一张张薄薄的碳化硅晶片一字排开,这些晶片厚度不足0.5毫米,直径从2英寸、4英寸到8英寸,是先进的第三代半导体材料。

晶片的尺寸和质量,直接影响着下游的碳化硅器件的成本和性能。尺寸越大,成本就越低。十年前,中国电科旗下的这家企业对2英寸碳化硅晶片还处在研制阶段,现在,已经实现了6英寸晶片的规模化生产,年产能达到15万片,处于国内前列。今年3月,这家企业还率先发布了新一代8英寸碳化硅晶片产品。

电科材料山西烁科晶体有限公司常务副总经理 魏省汝:2009年,我们已经研制出了2英寸的碳化硅衬底(晶片),当我们把衬底(晶片)的尺寸从2英寸扩展到4英寸,单个芯片的成本可以降到原来的1/4。现在再做到8英寸,相当于在4英寸基础上又可以再降低70%到80%的成本。

研制大尺寸、高性能的晶片,碳化硅晶体生长装备是关键。十年前,中国电科研发的碳化硅长晶装备,仅能生产2英寸或4英寸的小尺寸晶体,工艺水平和生产效率都不高。目前,这些晶体生长以及产业链配套相关装备,已经完成了多轮迭代升级。

应用场景逐步显现 产业规模有望达数千亿

以碳化硅为代表的第三代半导体被称为“绿色”半导体,十年来,中国电科的第三代半导体器件实现了从研发到商用的转型,两亿只产品有力支撑了新基建和“双碳”战略需求。数据显示,它的器件节能性是硅器件的4倍,可以使新能源汽车能耗降低50%,特高压电网损耗降低60%,轨道交通功率器件系统损耗降低20%以上。

国家第三代半导体技术创新中心主任 张鲁川:第三代半导体是战略新兴产业,从装备、材料、芯片、器件到应用,这一全产业链的整体视角来看,未来产业规模将高达数千亿元人民币。

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