中國粉體網訊 過去幾十年，“摩爾定律”一直引領著半導體產業的發展。但隨著半導體工藝演進到今天，每前進一代，工藝技術的復雜程度呈指數級上升。就半導體材料而言，隨著第一、二代半導體材料工藝已經接近物理極限，其技術研發費用劇增、制造節點的更新難度越來越大，從經濟效益來看，“摩爾定律”正在逐漸失效。與第一、二代半導體材料相比，第三代半導體材料擁有高頻、高功率、抗高溫、抗高輻射、光電性能優異等特點，更加適合于制造微波射頻器件、光電子器件、電力電子器件，是未來半導體產業發展的重要方向。
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SiC是第三代半導體的代表材料，具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率、化學性能穩定等優點，主要應用于以5G通信、國防軍工、航空航天為代表的射頻領域和以新能源汽車、“新基建”為代表的電力電子領域，在民用、軍用領域均具有明確且可觀的市場前景。同時，我國“十四五”規劃已將碳化硅半導體納入重點支持領域，隨著國家“新基建”戰略的實施，碳化硅半導體將在5G基站建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心等新基建領域發揮重要作用。因此，以碳化硅為代表的寬禁帶半導體是面向經濟主戰場、面向國家重大需求的戰略性行業。
設備是關鍵，中電科二所在碳化硅激光剝離設備方面取得突破性進展
在重要的碳化硅單晶襯底方面，制備出性能優良的碳化硅單晶襯底極為不易。通過了解SiC晶片（襯底）生產流程可知，首先需要制備出合格的碳化硅單晶，然后經過切割、拋磨等后加工操作。但是，因SiC材料硬度與金剛石相近，現有的加工工藝切割速度慢、晶體與切割線損耗大，成本較高，導致材料價格高昂，限制了SiC半導體器件的廣泛應用。
SiC晶片（襯底）制備方法
激光垂直改質剝離設備被譽為“第三代半導體中的光刻機”，其創新性地利用光學非線性效應，使激光穿透晶體，在晶體內部發生一系列物理化學反應，最終實現晶片的剝離。這種激光剝離幾乎能避免常規的多線切割技術導致的材料損耗，從而在等量原料的情況下提升SiC襯底產量。此外，激光剝離技術還可應用于器件晶圓的減薄過程，實現被剝離晶片的二次利用。
中國電子科技集團第二研究所（以下簡稱“中電科二所”）近日傳來好消息，其在SiC激光剝離設備研制方面取得了突破性進展。目前其科研團隊已掌握激光剝離技術原理與工藝基礎，并利用自主搭建的實驗測試平臺，結合特殊光學設計、光束整形、多因素耦合剝離等核心技術，實現了小尺寸SiC（碳化硅）單晶片的激光剝離。聚焦第三代半導體關鍵核心技術和重大應用方向，中電科二所以解決SiC襯底加工效率這一產業突出難題為目標，將SiC激光剝離設備列為重點研發裝備，借此實現激光剝離設備國產化，力爭使其具備第三代半導體核心裝備研發、產業化和整線裝備解決方案的能力。
設備在整個半導體領域意義重大
美國半導體行業協會（SIA）預計，2021年全球半導體的銷售額將達到5530億美元，創下新高，同比增長25.6%。對于2022年，SIA預計全球半導體的銷售額仍將保持增長，但增速會放緩，預計同比增長8.8%，銷售額達到6015億美元，將再創新高。
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Yole的分析師曾表示，隨著全球制定“碳達峰、碳中和”目標，帶來更多綠色能源發電、綠色汽車、充電樁、儲能等需求，功率半導體器件市場將從2020年的175億美元，增長至2026年的260億美元，年均復合增長率達6.9%。碳化硅功率器件在2026 年將達到 26 億美元的市場規模。
在設備方面，SEMI(國際半導體產業協會)在最新一期《世界晶圓廠預測報告》指出，2022年全球前端晶圓廠設備(不含封裝測試的前道工藝設備，一般為晶圓制造設備)支出預計將超過980億美元，達到歷史新高，連續第三年實現增長。
如此龐大數字的背后既有全球主力半導體公司和半導體熱點地區在產能擴張期的布局與野望，也表明設備在整個半導體領域扮演著非常重要的角色。
參考來源：中國電子報、財聯社、eet-china、太原日報等
（中國粉體網編輯整理/山川）
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