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充電十分鐘，行駛數百公里；機器人、無人機等體積越來越小、重量越來越輕，操作更靈敏……這些日常生活和工作重點場景均離不開新材料的助力。
今天，“新質生産力看北京”走進北京晶格領域半導體有限公司（以下簡稱晶格領域）、北京中博芯半導體科技有限公司（以下簡稱中博芯），一起了解北京新材料領域“新新”向榮之勢。
中國首家液相法技術企業新材料産業線“火力全開”
走進晶格領域，便可以看到一個個薄薄的晶片緊密排列在展示櫃裏，它們就是第三代半導體代表性材料碳化矽襯底。
碳化矽襯底：是通過將碳化矽晶體沿特定結晶方向切割、研磨、拋光後得到的單晶圓薄片
別看它們看起來黑黢黢的好像很普通，實際上能力超凡——能承受更大的電流和電壓，這使得産品設計可以更小且效率更高；開關速度大約是硅的3至10倍，適用於更高頻率和更快的開關速度；禁頻寬度是硅的2至3倍，高溫下電子不容易躍遷，能承受更高的工作溫度。總的來説就是，碳化矽又耐高壓又耐高頻還耐高溫，在新能源汽車、軌道交通、高壓輸變電、光伏、5G通訊等領域均能發揮重要作用。
性能優異的碳化矽晶體對生長環境的要求非常嚴苛，需要在2000℃以上且接近真空的高溫低壓環境下，精密控制原子運動，整個過程環境變數多，可監控手段有限。
碳化矽雖然有着優越的電學和熱學性能，但有限的産能和偏高的成本，成為其步入大規模應用階段的“攔路虎”。
晶格領域是國內首家採用以液相法為核心技術生長碳化矽晶體的企業，其生産過程是將固態的原材料放置在高溫的環境下，融化成液體，再在液體當中重新結晶，長出碳化矽單晶，相較物理氣相傳輸法生長技術，液相法可以有效降低超過30%的晶片成本。液相法還可以解決物理氣相傳輸法P型摻雜難以實現的問題，可生長出低阻p型碳化矽晶體，用於製作雙極性器件、IGBT器件等大功率器件。
P型摻雜：是一種半導體材料的摻雜方式，通過在硅材料中摻入如硼或鎵這樣的雜質元素，這些元素的最外層電子數量少於硅原子的最外層電子數量，增強導電性，P型摻雜劑的濃度越高，P型摻雜材料的導電性能越強
IGBT：絕緣柵雙極型電晶體
“及時掌握晶體狀態可以有效提高生産效率，但是碳化矽生長溫度高，肉眼難以觀察，我們便想辦法設計出了全世界第一台能測2000℃助溶液性質的設備，可以提升幾十倍的生産效率，同時帶動了産業鏈的發展。”晶格領域總經理張澤盛講解。
為了降低單個器件的成本，進一步擴大碳化矽襯底尺寸，在單個襯底上增加器件的數量是降低成本的另一個重要途徑。通過持續攻關，晶格領域逐步擴大碳化矽晶體的尺寸，目前已成功生長出4至8英寸液相法碳化矽晶體。
晶體滾圓設備
一台臺自動化設備高速運轉，工程師們嚴密監測着，黑色的碳化矽晶體正在液體中緩慢成長……在晶格領域碳化矽晶片生産線上，一派“熱氣騰騰”的生産景象。“我們的機器是24小時運轉的。”張澤盛説。
在生産線現場，不僅能看到晶格領域自主研發的單晶生産設備，還能看到許多“北京戶籍”的儀器，張澤盛指着其中一台儀器介紹：“這是減薄機，是北京順義的企業研發的，能加工異形晶片，北京的産業集聚效應為公司的發展帶來了很多便利。”
為滿足産品批量供應需求，晶格領域已開始進行規模化産線規劃和佈局，産線全面建成後，將具備年産27萬片碳化矽襯底的生産能力。
北京大學團隊帶隊以“硬”技術引領“新”發展
氮化鎵外延片是指在特定條件下，通過物理或化學過程在襯底上生長的單晶氮化鎵薄膜，這層新材料與襯底材料具有相同的晶體結構，但可能具有不同的組成或摻雜濃度，從而獲得某些特殊性能。
在氮化鎵的加持下，搭載氮化鎵器件的充電器件均實現了體積縮減一半，但充電效率提高一倍的能力，使電子設備變得更“輕”更“快”。氮化鎵在半導體照明、新一代移動通訊等領域有重大應用，是全球高技術競爭和戰略性新興産業發展的關鍵領域。
2018年，北京大學物理學院教授沈波團隊發明瞭有效提升外延品質的圖形化藍寶石襯底新技術和外延生長新方法，製備出部分品質指標國際領先的氮化物半導體外延材料，比較好地解決了襯底和氮化鎵失配的問題，並實現了産業化應用。憑藉這項技術，沈波團隊獲得了2018年度國家技術發明獎二等獎，並得到了國際同行的高度評價，包括諾貝爾獎獲得者在內的多位國際知名學者進行了引用或評價。
2020年9月，在北京市、順義區政府的支援下和北京大學的助力下，中博芯公司成立了。
中博芯雖然是一家年輕的創業公司，但核心團隊匯聚國內半導體行業的頂尖人才，具備豐富的行業技術經驗積累。“公司技術團隊成員主要來自北京大學寬禁帶半導體研究中心，我們的技術和産品在市場還是非常受到認可的。”中博芯總經理張立勝介紹。
以科技強國為使命，以自主創新為引領，是中博芯一直以來的堅持。
2023年6月，沈波團隊在氮化物寬禁帶半導體大失配異質外延研究方面取得重要進展，創新發展了一種“可控離散和可控聚合”的外延方法。相關研究成果發表於《自然-材料》，並被評為2023年度“中國半導體十大研究進展”之一。
“正是因為這些技術基礎，我們很順利、迅速地進入了産品開發和應用推廣階段。”張立勝説。
目前中博芯已經擁有4條晶圓外延線，能夠覆蓋2英寸到8英寸的氮化鎵晶圓材料的生産，其中，6英寸、8英寸的晶圓産能每年約15000片，預計明年産能達到30000片。與中博芯達成商務合作關係的下游國內外頭部企業和科研機構數量已經超過百家。
“真金白銀”投入 北京新材料産業萬象更新
“一代材料，一代創新”。新材料是新型工業化的重要支撐，是國家大力發展的戰略性新興産業，也是加快發展新質生産力、紮實推進高品質發展的重要産業方向。
北京積極落實中央相關要求，發佈一系列針對性支援政策，不斷暢通前沿技術走出實驗室的快速路，在京新材料企業實力逐步增強。
據不完全統計，北京20余家高校、10余家中國科學院研究所均設有材料類學科或研究方向；近30家在京央企均有新材料佈局；40余家上市企業、900余家高新技術企業從事新材料相關産業。
2024年5月，“北京市新材料産業投資基金”獲得市政府批復設立，整體規模100億元，將投向電子資訊材料、綠色能源材料、特種及功能材料以及前沿新材料等重點領域。
9月30日，晶格領域獲得了1.2億的基金支援。“從2016年我們獲得北京市科委、中關村管委會的課題支援開始，一直到今年獲得這麼大的資金支援，我們公司一路都是在北京市政府，北京市科委、中關村管委會的支援下走過來的，非常感謝。”張澤盛説。
晶格領域在獲得投資後，將重點完成小規模産線建設，整線預計2025年初建成，屆時公司將具備年産2.5萬片碳化矽襯底的生産能力，為新材料産業的發展貢獻重要力量。
“北京市科委、中關村管委會對第三代半導體的發展已經連續支援十幾年了，在我們創業初期的時候給予了極大的幫助，包括人才、資金、基建等方面。還有北京市形成的三代半導體産業集群對於公司的發展都很有利。”張立勝説。
北京新材料産業結合資源稟賦，逐步形成了以海淀區為創新策源區，順義、房山、大興等為産業主要承載區的發展格局。作為國內新材料創新優勢領先城市，北京將持續協助扶持新材料産業科技成果落地，打造未來産業的“北京標桿”。
