细谈中国碳化硅的从无到有，老一辈工艺先驱者的匠心足迹

艾新德鲁夫执行院长 幻实（左） 中国电子科技集团第四十六研究所副总工程师 郝建民（右）

·初生代新风口——国产碳化硅的发展轨迹

·设备与工艺——从无到有的跨越与突破

·缩小差距——高歌猛进的乘风破浪

大咖谈芯 | 细谈中国碳化硅的从无到有，老一辈工艺先驱者的匠心足迹！

幻实（主播）：

本期我们邀请到了中国电科第四十六研究所副总工程师郝建民先生。请郝总跟大家打招呼！

郝建民（嘉宾）：
各位听友大家好！

幻实（主播）：
我知道您特别低调，搜索您的词条发现您是国务院政府特殊津贴的获得者，很好奇您大部分时间都在忙什么？

郝建民（嘉宾）：
主要忙两件事：一个是关注半导体行业发生了什么？另一个是思考它为什么会这样？大部分时间我会看很多资料，在开会的时候给大家讲一讲半导体材料的未来趋势。

主播幻实对话中国电科第四十六所副总工程师郝建民

幻实（主播）：
您应该是国内最早做碳化硅相关研究工作的，当年您着手做这个的时候，产业的环境和状态是什么样的？

郝建民（嘉宾）：
1986年，我大学毕业。之后一直在从事X射线结晶学方面的研究，实际上结晶学就是研究晶体里边原子怎么排列的。1987年科锐公司成立，没过多久碳化硅出现了，我从1999年开始做碳化硅，当时其实还没有产业概念。

科锐成立于1987年，是美国著名制造商和行业领先者

2021年正式更名为Wolfspeed，是目前全球最大的碳化硅功率器件供应商 （图源：百度百科）

碳化硅材料的结构比较复杂，跟原来的硅材料、锗材料等结构都不一样，为了要攻克它就得找一个懂结构的人，这时候就把我选上了。

幻实（主播）：
是做单晶的研究吗？

郝建民（嘉宾）：
做单晶的生长研究，它长完了会是什么？需要掌握其结构。

幻实（主播）：
那时候是起步阶段吗？

郝建民（嘉宾）：
对于我们国家的碳化硅产业来讲，绝对是起步阶段——当时国内实际上只有三个人在做。接手后发现我们需要单晶炉，这也需要资金的支持。2002年9、10月份就到了实验室阶段，可以说我国的研发算得上比较早。

幻实（主播）：
那个时候常规的硅晶做的怎么样了？能不能把硅晶的单晶炉拿过来做碳化硅？

郝建民（嘉宾）：
完全不行。因为硅本身是熔体，熔点在1420度左右，而碳化硅要2000度以上，要做的话就得把炉子升温1000度，但那样炉子会被烧化。

当时欧洲的碳化硅也才起步不久，设备也不足。很有意思的是当时有一家公司说可以做单晶炉，我们就去买，买回来后在一所大学里用这种炉子长出了一个小晶体，对方看到后很惊讶，说我们这么大的炉子只长出了这么小的晶体？这就是当时人们对碳化硅的理解。

碳化硅本身的形状由坩埚形状决定，坩埚规则，碳化硅的形状就规则。但是长出的晶体并不完全是单晶，一吋的坩埚产出的单晶与多晶混合，晶型上也是4H、6H等混合，看起来黑乎乎的一块东西，我们就是从这里起步的。

单晶硅生长炉主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成 （图源：百度百科）

幻实（主播）：
解决了单晶炉后团队又是怎样去突破后续难关的？

郝建民（嘉宾）：
从2002到2014年，十二年时间中我一直在做单晶炉的耐高温测试，这是非常磨人的工作。因为烧炉子跟烧硅不一样，烧硅是能看见过程的，而烧碳化硅是看不见的，蒙在里面一个礼拜后才能知道结果。

幻实（主播）：
感觉有点像瓷器开窑，好的坏的开了才能完全知道。

郝建民（嘉宾）：
是的。但是它比瓷器的烧制时间还长，窗口还窄，在烧制过程中，九成情况下都不清楚最后能不能成功。我们就是在这样的情况下摸索共性的规律，慢慢走出了一条路。

幻实（主播）：
这方面去海外交流学习可以学回经验来吗？

郝建民（嘉宾）：
完全不可能，因为在各种学术会议上讨论的都只是结果。他们只会宣布已经成功生产的材料规格、缺陷，应用等，但绝不会告诉你这究竟是怎么做出来的。

幻实（主播）：
海外的高校也不做工艺上的交流吗？

郝建民（嘉宾）：
从来都没有。

幻实（主播）：

我们国内现在的碳化硅单晶这十几年发展到了什么水平？

郝建民（嘉宾）：
应该说进步很大，但是未来的路还很长，越走越难，而且尺度提高了。

幻实（主播）：
这个尺度是指什么？

郝建民（嘉宾）：
晶体中的原子是一个挨着一个排列的，当年我做结晶学研究时是从测量的角度去认知它，现在不一样了，我们要自己来排原子，看做出来的材料是否百分之百排列整齐了？这个是不知道的。

幻实（主播）：
它属于一个微观的控制？

郝建民（嘉宾）：
实际上我们的研究大体可以分为两大路径。通过对工艺的控制来测试操作与结果之间的关系——哪些能对上？哪些对不上？怎样调整修改？这是一条途径；还有一条途径是现在比较先进的，就是用电脑模拟仿真再比对，这是结晶学里边我们国家跟国外差距比较大的地方，我们在这块重视程度不够。由于基础工作做得不够，在99.8%到99.98%这个区间难度会更大，因为越往后，精度要求越高，我们粗放的认知方式就无法满足相应的要求。

碳化硅炉 （图源：网络）

幻实（主播）：
产业发展具有越来越高的标准,这也决定了我们成品率的高低。

郝建民（嘉宾）：
所以我说要走的路还很长。

幻实（主播）：
除了这些，在其他工作中还遇到过什么问题？

郝建民（嘉宾）：
其实我们研究所里有些小组在做氧化镓、氮化铝、金刚石等其他材料。我发现年轻人在工作的时候是从感性到知性，而我有工艺认知的基础，有认知一些未知事物的能力，我的工作就是要引导他们从知性到理性。我们在不同的层面上展开讨论，这样的话对于他们是有帮助的，这就是我现在存在的价值。

幻实（主播）：
相当于把您当时做技术管理的优势发挥出来，让他们少走点弯路。

郝建民（嘉宾）：
我常常问他们“你为什么不这样？”或者“为什么这样做有道理？”用来促使他们思考。

幻实（主播）：
感觉像在带博士生？

郝建民（嘉宾）：
我们研究所不招学生，但我的角色就是这样的。

幻实（主播）：
问一个现实的问题，当前在碳化硅领域，国内水平和国际的科技大牛的差距是拉大了还是缩小了？情况怎么样？

郝建民（嘉宾）：
似乎是缩小了。在各种公开的场合我们和别人比的都是尺寸，例如你说你有6吋的，我说我也有6吋的。但是真实情况是，虽然尺寸相同，但二者差距依旧较大。

国内很多人都太过浮躁，实际上技术是有规律的。我在会议报告里经常为我们年轻的技术人员争取宽容的生存环境，尽量能够有一个声音来说服甲方，不要那么急，他们已经挺努力的了。有些事情得尊重规律，这是我要传达的声音。

幻实（主播）：
您从事这个行业多久了？

郝建民（嘉宾）：
我是1986年毕业的，到现在已经36年了。

幻实（主播）：
您能用几句话给我们说一说这三十几年走过来的感受吗？

郝建民（嘉宾）：
我本身的专业是凝聚态物理，后来做碳化硅。开会的时候，很多人会觉得我好像哪种材料都能讲，哪个问题都了解；我想说的是，我自己日常就是一直在知性和理性之间转换。很荣幸这一辈子赶上了国家的****展时期，我非常乐观和知足。

幻实（主播）：
您对行业的后辈有什么寄语吗？

郝建民（嘉宾）：
我希望我们的年轻人能够沉得住气，沿着一个领域踏踏实实地做下去，终究会有收获的。

碳化硅单晶的制备一直是全球性难题，而高稳定性的晶体生长工艺则是其中最核心的技术。之前，这项技术只掌握在美国人手里，且长期对我国进行技术封锁。我国半导体材料长期依赖进口，由此带来的问题就是半导体材料价格昂贵、渠道不稳，随时都可能面对断供的风险，而且产品的质量也难以得到有效保证。

我国是碳化硅最大的应用市场。LED照明、高压电力传输、家电领域、5G通信、新能源汽车，这些碳化硅和其他三代半导体的核心应用场景，都以我国作为最大主场。全球生产的碳化硅器件，50%左右就在我国消耗。有市场，有应用场景，就有技术创新的最大原动力和资本市场的投资机会。有最大工业制造业的规模，有国家产业政策的适度引导，碳化硅的产业发展就有成功的基础和追赶的希望。