中国粉体网讯 过去几十年，“摩尔定律”一直引领着半导体产业的发展。但随着半导体工艺演进到今天，每前进一代，工艺技术的复杂程度呈指数级上升。就半导体材料而言，随着第一、二代半导体材料工艺已经接近物理极限，其技术研发费用剧增、制造节点的更新难度越来越大，从经济效益来看，“摩尔定律”正在逐渐失效。与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料拥有高频、高功率、抗高温、抗高辐射、光电性能优异等特点，更加适合于制造微波射频器件、光电子器件、电力电子器件，是未来半导体产业发展的重要方向。
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SiC是第三代半导体的代表材料，具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、化学性能稳定等优点，主要应用于以5G通信、国防军工、航空航天为代表的射频领域和以新能源汽车、“新基建”为代表的电力电子领域，在民用、军用领域均具有明确且可观的市场前景。同时，我国“十四五”规划已将碳化硅半导体纳入重点支持领域，随着国家“新基建”战略的实施，碳化硅半导体将在5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等新基建领域发挥重要作用。因此，以碳化硅为代表的宽禁带半导体是面向经济主战场、面向国家重大需求的战略性行业。
设备是关键，中电科二所在碳化硅激光剥离设备方面取得突破性进展
在重要的碳化硅单晶衬底方面，制备出性能优良的碳化硅单晶衬底极为不易。通过了解SiC晶片（衬底）生产流程可知，首先需要制备出合格的碳化硅单晶，然后经过切割、抛磨等后加工操作。但是，因SiC材料硬度与金刚石相近，现有的加工工艺切割速度慢、晶体与切割线损耗大，成本较高，导致材料价格高昂，限制了SiC半导体器件的广泛应用。
SiC晶片（衬底）制备方法
激光垂直改质剥离设备被誉为“第三代半导体中的光刻机”，其创新性地利用光学非线性效应，使激光穿透晶体，在晶体内部发生一系列物理化学反应，最终实现晶片的剥离。这种激光剥离几乎能避免常规的多线切割技术导致的材料损耗，从而在等量原料的情况下提升SiC衬底产量。此外，激光剥离技术还可应用于器件晶圆的减薄过程，实现被剥离晶片的二次利用。
中国电子科技集团第二研究所（以下简称“中电科二所”）近日传来好消息，其在SiC激光剥离设备研制方面取得了突破性进展。目前其科研团队已掌握激光剥离技术原理与工艺基础，并利用自主搭建的实验测试平台，结合特殊光学设计、光束整形、多因素耦合剥离等核心技术，实现了小尺寸SiC（碳化硅）单晶片的激光剥离。聚焦第三代半导体关键核心技术和重大应用方向，中电科二所以解决SiC衬底加工效率这一产业突出难题为目标，将SiC激光剥离设备列为重点研发装备，借此实现激光剥离设备国产化，力争使其具备第三代半导体核心装备研发、产业化和整线装备解决方案的能力。
设备在整个半导体领域意义重大
美国半导体行业协会（SIA）预计，2021年全球半导体的销售额将达到5530亿美元，创下新高，同比增长25.6%。对于2022年，SIA预计全球半导体的销售额仍将保持增长，但增速会放缓，预计同比增长8.8%，销售额达到6015亿美元，将再创新高。
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Yole的分析师曾表示，随着全球制定“碳达峰、碳中和”目标，带来更多绿色能源发电、绿色汽车、充电桩、储能等需求，功率半导体器件市场将从2020年的175亿美元，增长至2026年的260亿美元，年均复合增长率达6.9%。碳化硅功率器件在2026 年将达到 26 亿美元的市场规模。
在设备方面，SEMI(国际半导体产业协会)在最新一期《世界晶圆厂预测报告》指出，2022年全球前端晶圆厂设备(不含封装测试的前道工艺设备，一般为晶圆制造设备)支出预计将超过980亿美元，达到历史新高，连续第三年实现增长。
如此庞大数字的背后既有全球主力半导体公司和半导体热点地区在产能扩张期的布局与野望，也表明设备在整个半导体领域扮演着非常重要的角色。
参考来源：中国电子报、财联社、eet-china、太原日报等
（中国粉体网编辑整理/山川）
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