湘江早报全媒体记者 黄荣佳 实习生 熊子璇
新能源时代，如何实现电动汽车耗电再低一度，续航再久一点？如何高效转化风能、太阳能、水电等绿色能源，实现“碳中和”？全年无休止的数据交换，是什么在支持数字产业的发展？在湖南三安半导体有限公司（简称“湖南三安”），我们可以找到答案。
在科技飞速发展的时代浪潮中，化合物半导体正以其独特的性能优势成为万物智慧互联的基石。碳化硅作为第三代半导体的代表材料，一直都是国内外头部厂商的“必争之地”。在新能源时代，碳化硅是开启绿色新能源的“密钥”，也是中国半导体产业换道超车的路径之一。
湖南三安自2020年落户湘江新区，仅一年时间就实现点火试产，拥有中国第一条、世界第三条碳化硅全产业链生产线，直接解决半导体产业芯片材料、设计、模块等领域的“卡脖子”问题。近年来，湖南三安持续深耕化合物半导体领域，特别是在碳化硅材料的研发与制造上取得了显著成果，拥有国内为数不多的碳化硅全产业链垂直整合制造服务平台，实现从长晶、衬底、外延、芯片到封测的全流程制造，为湘江新区产业发展注入“芯”动力。
行业领先 五大工艺跻身世界一流
走进三安半导体产业园项目最大的单体厂房——M2B碳化硅芯片厂房，一台台设备整齐排列，身穿洁净服的技术人员熟练操作各类设备，观察产品各项参数运行情况。给人最深的印象，便是车间内洁白如新、极其干净。
据了解，这里空气的洁净标准一般参照十级、百级、千级、万级、十万级标准，其数值越小，净化级别越高。以普通公共场所为例，杀菌消毒参照三十万级标准，而医院ICU病房杀菌消毒则要参照十万级标准。而半导体制造因工艺需求，对空气洁净程度要求极其严苛。
“我们的M2B芯片厂房车间内设置新风系统，朝室内不断输送清洁空气，可以保持室内的正压，再通过广泛铺设的通风孔向外排气，车间的洁净程度达到了百级标准，可以说比医院手术室还‘干净’。”湖南三安相关负责人告诉记者，“此外，我们的衬底、外延等单体厂房则至少是‘千级’洁净度。”
在这样的超净环境中，为碳化硅芯片这一高精度、高敏感度的半导体产品制造提供了纯净空间。这种对生产环境近乎苛刻的追求，实现了湖南三安半导体制造工艺在行业的领先水平。除此以外，湖南三安的长晶、衬底、外延、封装等五大核心工艺，也在行业内实现遥遥领先。
以长晶为例，碳化硅晶体生长的温度在2200摄氏度以上，且生长过程无法及时观测，同时碳化硅又有上百种晶态。“要在如此严苛的条件下，生长出大尺寸、无缺陷，且为同一晶态的晶体绝非易事。”湖南三安相关负责人介绍，作为国内最早投入碳化硅晶体生长技术研发的企业之一，三安半导体在项目中使用了一种更成熟、更高生产效率的方法，能在相对苛刻的环境下，使生长的晶体达到行业领先标准。目前国产化的长晶炉在工作稳定性上已经优于进口设备。
同样拥有较高技术壁垒的还有衬底制造，由于碳化硅材料的硬度极高，在自然界中仅次于金刚石，其加工难度可想而知。对此，湖南三安利用在晶锭“切、磨、抛”等工艺方面的独家技术和对作业环境洁净度的严格控制，能精准加工出埃米级别的高平整、零污染的衬底。“放眼全球也仅有极少数的企业具备产业化的能力，而且我们加工的衬底为埃米级别，而埃米仅为纳米的十分之一。”湖南三安相关负责人表示。
跨界应用 实现高性能应用的跨越
长久以来，人们习惯于将半导体材料视为电子设备的心脏，但湖南三安却以独特的视角，发现了化合物半导体材料不仅能够在发光领域大放异彩，更在高频、高速、高功率等特性上展现出非凡优势，成为推动智慧能源、电动汽车等前沿技术发展的关键力量。
在“双碳”目标下，新能源汽车产业快速发展，车规功率半导体需求量激增，碳化硅器件凭借耐高压、耐高温、低损耗等优越性能，已成为新能源汽车所需的关键元器件。正是瞄准了这一点，湖南三安加快在碳化硅产品上的研发与应用，目前该公司部分产品已进入主流新能源汽车企业供应链。
由湖南三安研发的碳化硅MOSFET产品，不仅大幅缩减了能源损耗近80%，更将续航里程悄然提升10%。其推出的650V-1700V宽电压范围的SiC MOSFET，以高性能、高一致性和高可靠性为特点，并可根据定制化要求，提供多种灵活工艺方案。其中,1700V/1000mΩ MOSFET主要使用在光伏逆变器的辅助电源，1200V/75mΩ MOSFET主要应用于新能源汽车的OBC，两款产品均处于客户端导入阶段，将逐步批量供货；1200V /16mΩ车规级芯片已在战略客户处进行模块验证。
在大尺寸碳化硅衬底方面，湖南三安8英寸碳化硅衬底已完成开发，依托精准热场控制的自主PVT工艺，实现了更低成本及更低缺陷密度。“我们将继续注重良率提升，加快设备调试与工艺优化，并持续推进湖南与重庆工厂量产进程。”湖南三安相关负责人表示。
目前，湖南三安的碳化硅芯片/器件已累计出货超3亿颗，广泛应用于新能源汽车、光伏储能、充电桩、通信电源、服务器电源、家用电器、消费电子等多个领域。
项目加速
产能与效益双丰收
近日，湖南三安举行了二期芯片厂的新厂房启用及M6B设备移入仪式，这也意味着总投资额达160亿元的湖南三安半导体项目二期即将全面通线。
据悉，三安半导体产业园总投资约160亿元，分两期建设，目前项目一期已实现产线的全线贯通，并全力推进第三代半导体碳化硅材料与器件的研究与生产，6英寸碳化硅产线月产量达2万片。
“此次二期项目的新芯片厂房启用仪式后，就将全面进入二期设备安装和调试阶段，力争在今年年底投产。”湖南三安半导体有限责任公司总经理江协龙介绍，三安半导体产业园整体达产后，将具备年产36万片6英寸晶圆、48万片8英寸碳化硅晶圆的制造能力。预计到今年年底，M6B将实现点亮通线，8英寸碳化硅芯片将正式投产。
而相较于6英寸碳化硅产线，8英寸产线能明显提升生产效率，单片衬底的芯片产量将提高1.7倍，显著降低碳化硅芯片和器件的成本。但8英寸碳化硅全产业链对工艺技术要求、对管理的要求，也是成倍增长。因此，全面转向8英寸产线和工艺，带来的不仅是效率、产能的提升，更是体现了湖南三安在工艺技术水平、管理能力方面跻身国际第三代半导体领域最前沿的实力。
展望未来，湖南三安将依托自身的全产业链布局和科研创新能力，在碳化硅领域不断取得新的突破，进一步巩固和扩大在碳化硅产业的领先地位，为新能源汽车、可再生能源、高能效工业等领域的发展贡献更多的“三安力量”，也助力湖南、长沙成为全国甚至全球第三代半导体高地。
