一張薄薄的圓片，厚度0.5毫米，約為5張A4紙的厚度；直徑4英寸或6英寸，和一張CD光盤差不多。10月10日上午，在山西碳化硅生產企業——中國電子科技集團有限公司旗下山西爍科晶體有限公司大廳，傳說中“一片難求”的碳化硅晶片赫然陳列在產品展示區。可別小看這些薄片，每張市場售價高達2000美元左右，解決的是核心技術“卡脖子”的難題。
▲N型碳化硅單晶晶片
“碳化硅是全球最先進的第三代半導體材料。和第一代的硅、第二代的砷化鎵材料相比，它具有耐高壓、高頻、大功率等優良的物理特性，是衛星通訊、高壓輸變電、軌道交通、電動汽車、通訊基站等重要領域的核心材料，尤其是在航天、國防等領域有著不可替代的優勢。“山西爍科晶體有限公司研發部經理馬康夫介紹，就5G基站建設來說，5G之所以傳輸速度快，是因為它有強大的5G芯片，而碳化硅晶片，就是5G芯片最理想的襯底。
碳化硅材料之所以珍貴，主要與其研制難有關。用馬康夫的話說，叫“十年磨一劍”：過去，從粉料到晶片，我國長期依賴進口，渠道不穩定，質量也不可控，隨時面對禁運的風險。2009年以來，企業下定決心突破技術難題，投入了很多精力進行研發攻關，現在高純碳化硅粉料純度達到了99.9999%，晶體質量接近國際水平。同時，粉料合成設備、長晶爐，也是自己研發、生產的全國產化的設備，具有連續工作高穩定性和良好精度保持性。
▲碳化硅粉料，純度在99.9999%
據介紹，研制碳化硅晶片，高純碳化硅粉料是第一步，粉料制作完成后，最關鍵的工序是晶體生長?！疤蓟杈w生長不同于硅材料的生長，它是氣相生長。由碳化硅粉末在碳化硅單晶生長爐內經受高達2000多攝氏度的高溫，密閉生長7天，長成一個直徑為4英寸或6英寸的圓餅狀晶錠。”馬康夫說，在這個生長過程中，晶體很容易出現缺陷，有個指標叫微管，就是晶體中出現的大概只有頭發絲幾十分之一細的一個管狀孔洞，眼睛是看不到的。一旦出現微管，整個晶體就不合格了。由于溫度太高，沒辦法進行人工干預，所以整個生長過程就如同“蒙眼繡花”，而這恰恰是晶片最核心的技術。解決這個技術難題，他們用了七八年的攻關時間。現在晶體良品率達到了65%。相比國際上最高80%的良品率，可以說山西這項技術已經接近國際水平。
▲高溫環境生長的碳化硅晶體，良品率國際領先
碳化硅晶片的加工也是一個艱難的過程。馬康夫表示，他們用很多根直徑僅0.18毫米的金剛石線同時切下去，把生長好的晶錠切成一片一片的圓片。每一片圓片再放到研磨設備里，把兩邊磨平，最后進行拋光，得到透明玻璃片一樣的晶片，這就是碳化硅晶片。
▲高純半絕緣型碳化硅單晶晶片
今年3月，全國最大規模的第三代半導體材料碳化硅產業基地在山西轉型綜改示范區正式投產，一期項目的300臺設備同時啟動，這標志著全國最大生產規模的碳化硅產業基地正式投產。
▲碳化硅晶體生長車間
“碳化硅產業基地一期的300臺單晶生產設備，具備年產7.5萬片碳化硅單晶襯底的產能，年收入在3億元以上?！鄙轿鳡q科晶體有限公司保障部經理周立平介紹，項目建成后，他們將具備年產10萬片4-6英寸N型碳化硅單晶晶片、5萬片4-6英寸高純半絕緣型碳化硅單晶晶片的生產能力，是目前國內最大的碳化硅材料產業基地，年產值可達10億元。這一基地的啟動，將徹底打破國外對我國碳化硅封鎖的局面，實現碳化硅的完全自主供應。