“我們有一個大的愿景，現(xiàn)在市場上的高端電子元器件多來自國外，我們希望中國的企業(yè)也有能力生產(chǎn)出一樣棒的電子器件，”晶瓴電子創(chuàng)始人王振中在談到第三次創(chuàng)業(yè)的愿景時有些感慨，“我希望晶瓴能實(shí)現(xiàn)這個愿景?！?br/>

事實(shí)上，王振中是一位成功的連續(xù)創(chuàng)業(yè)者。2009年，他獲得中國科學(xué)院物理所凝聚態(tài)物理學(xué)博士，博士期間主要從事低維材料的研究，擅長設(shè)備創(chuàng)新。畢業(yè)后，作為聯(lián)合創(chuàng)始人，曾參與了石墨烯材料與裝備、金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜等項(xiàng)目，其中一家被上市公司并購。在積累了大量高端設(shè)備開發(fā)、先進(jìn)電子材料領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)后，他開啟了第三次創(chuàng)業(yè)之旅。

這次他瞄準(zhǔn)的是碳化硅材料。晶瓴電子成立于2023年7月，由王振中和高鵬教授共同發(fā)起創(chuàng)立。基于激光隱切和室溫晶圓鍵合兩大核心技術(shù)，公司研發(fā)多種異質(zhì)晶圓，核心產(chǎn)品正是被稱為第三代半導(dǎo)體材料的碳化硅晶圓。2023年年末，晶瓴完成了由光速光合領(lǐng)投的種子輪融資。

光速光合執(zhí)行董事郭斌從2019年開始關(guān)注碳化硅功率器件領(lǐng)域，他看到碳化硅核心的產(chǎn)業(yè)鏈，從上游的襯底，到中游的設(shè)計(jì)和器件加工，再到下游的封裝模塊，至今尚未攻克且非常重要的一個核心環(huán)節(jié)是晶圓襯底的加工。碳化硅襯底是制備碳化硅器件的基石，也是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中最基礎(chǔ)最重要的環(huán)節(jié)。

“晶瓴開發(fā)的新型碳化硅晶圓高效加工方案，創(chuàng)新性地融合了激光隱切工藝和室溫晶圓鍵合工藝，可有效降低高成本碳化硅材料的損耗，且顯著節(jié)約晶圓加工時間，為下游企業(yè)提供高性價比的碳化硅襯底，讓碳化硅器件在綠色科技領(lǐng)域能得到更廣泛的應(yīng)用?！惫蟊硎?。

碳化硅市場空間巨大

碳化硅，也被稱為金剛砂、鉆髓，二十世紀(jì)初，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)的硅材料，碳化硅的禁帶寬度是硅的3倍；導(dǎo)熱率為硅的4-5倍；擊穿電壓為硅的8-10倍；電子飽和漂移速率為硅的2-3倍。

碳化硅耐高壓、耐高頻、耐高溫的特性讓其成為了制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一，被廣泛應(yīng)用于通信、軍工、汽車、光伏、軌道交通等領(lǐng)域。2021年，工信部宣布將碳化硅復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料等納入“十四五”產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，《2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中也特別提出碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體即第三代半導(dǎo)體要取得發(fā)展。

王振中瞄準(zhǔn)的就是這樣一片市場。更具體的說，是碳化硅從晶錠到晶圓的這一環(huán)節(jié)。

與更加成熟的硅基半導(dǎo)體器件不同，碳化硅器件生產(chǎn)過程當(dāng)中，原材料是最貴、最有技術(shù)壁壘，也是價值最大的部分。對此，郭斌解釋道，襯底之所以價格高，一方面它整個合成的過程比較復(fù)雜、緩慢，且難度較高；另一方面就是襯底合成后，晶錠加工成晶圓的流程現(xiàn)階段非常不成熟。

據(jù)CASA發(fā)布的數(shù)據(jù)，當(dāng)前市場上對于硅基器件而言，將一大塊硅錠“切片”制成襯底占據(jù)器件總成本的7%，成本最高的是將襯底經(jīng)過外延生長、光刻、沉積等工序制成晶圓，占據(jù)近一半的成本。

而碳化硅器件則不同。相比硅基器件，光是將碳化硅“切片”這一環(huán)節(jié)就占到了總成本的近四分之一，將切片好的襯底制作成晶圓又占據(jù)了近四分之一。換句話說，碳化硅器件在制造前的成本就占據(jù)全部成本近五成，直接導(dǎo)致碳化硅成為了一種昂貴的半導(dǎo)體材料。

2019年，王振中接觸到了一個碳化硅相關(guān)項(xiàng)目，這讓他有些心動?！疤蓟枋俏乙恢笨春玫囊粋€方向，正好有這么個機(jī)會近距離接觸碳化硅產(chǎn)業(yè)，就想深入進(jìn)去?！?/p>

作為一個有經(jīng)驗(yàn)的連續(xù)創(chuàng)業(yè)者，王振中對第三次創(chuàng)業(yè)顯得極為謹(jǐn)慎。在之后的三年里，他對碳化硅產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了深入鉆研與分析，做了大量行業(yè)現(xiàn)有技術(shù)和工藝方案的研究、競爭格局分析。經(jīng)過反復(fù)論證，他認(rèn)為碳化硅晶圓加工目前確實(shí)是行業(yè)的痛點(diǎn)，作為整個碳化硅行業(yè)未來發(fā)展的核心環(huán)節(jié)亟需被攻破。高鵬教授的加入也讓他在技術(shù)上更有底氣，他決定下場，晶瓴電子正式成立。

在郭斌看來，王振中是少有的作為一名創(chuàng)業(yè)者，對公司涉及的整個碳化硅產(chǎn)業(yè)，從上游到下游，從國內(nèi)到海外的客戶及供應(yīng)商，對應(yīng)的不同技術(shù)路線，他都無所不知，充分做到了知己知彼，百戰(zhàn)不殆?！氨旧硭麑?chuàng)業(yè)這件事想得非常清楚，再加上他對行業(yè)參與的其他玩家、團(tuán)隊(duì)的背景、各自的工藝方案、各自的核心優(yōu)勢和技術(shù)瓶頸等等，他都了如指掌。從投資人的角度來講也讓我們越來越有信心?！?/p>

難切的碳化硅

在調(diào)研中，王振中意識到，高品質(zhì)的碳化硅也是被國外“卡脖子”的領(lǐng)域之一。

根據(jù)億渡數(shù)據(jù)發(fā)布的報(bào)告，目前國產(chǎn)碳化硅襯底產(chǎn)品良率、可靠性和穩(wěn)定性均低于國外企業(yè)，導(dǎo)電型襯底和半絕緣型襯底尺寸與國外企業(yè)相比均有落后，這導(dǎo)致國內(nèi)碳化硅器件技術(shù)落后于國外企業(yè)。

技術(shù)壁壘在哪里？碳化硅晶圓的硬度非常高，遠(yuǎn)超過普通的硅材料。這使得碳化硅晶圓在制造過程中能夠承受更高的壓力和機(jī)械應(yīng)力，但也讓加工本身就面臨著巨大的困難。由于碳化硅的硬度極大，在對其進(jìn)行切割時加工難度較高且磨損多。

目前碳化硅切片加工技術(shù)主要包括金剛線切割、游離磨料切片、激光切割、冷分離和電火花切片，其中往復(fù)式金剛石固結(jié)磨料多線切割是最常應(yīng)用于加工碳化硅單晶的方法。利用這種方法，鋸切直徑150毫米6英寸的碳化硅晶棒需耗時近4天，且每鋸切一次晶片和線鋸的磨損都相當(dāng)嚴(yán)重，極大影響到線鋸的壽命和晶片的翹曲度。

針對這些問題，晶瓴采用的技術(shù)方案是激光隱切，即利用超快脈沖激光透過材料表面在內(nèi)部聚焦，將碳化硅晶棒利用激光進(jìn)行切割，這種耗時極低的技術(shù)不但有效避免了切割過程中產(chǎn)生碎片和污染物，也無需擔(dān)心晶圓上不必要的熱損傷問題，而且極大降低了切口的寬度，在實(shí)驗(yàn)室中甚至能做到零線寬切割。王振中表示，傳統(tǒng)的線切割損耗厚度大概200~250微米左右，激光隱切的損耗則可以降低到100微米甚至更低，能夠節(jié)約至少30%的原材料。

為了實(shí)現(xiàn)高效切割碳化硅，王振中還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從零開始，完全自主研發(fā)了激光隱切設(shè)備，并且已開始設(shè)備交付。

郭斌提及，對于晶瓴來說，他們的激光隱切壁壘很高，這里面既有硬件的壁壘，又有軟件算法的壁壘。激光是一種超快脈沖光纖激光器，需要達(dá)到飛秒級別，如何在不同的脈沖下做設(shè)計(jì)方案，整個光路的設(shè)計(jì)開發(fā)和選擇都是核心的knowhow，另外還有里面涉及的算法，需要把激光分成多道不同的激光線進(jìn)行同步切割。

此外，在將切好的襯底加工成晶圓的過程中，晶瓴團(tuán)隊(duì)也引入了室溫真空鍵合技術(shù)，能夠?qū)⒉煌N類的半導(dǎo)體材料緊密“黏合”在一起，實(shí)現(xiàn)一次成型，進(jìn)一步提升了高質(zhì)量碳化硅晶體材料的利用率。

郭斌表示，“要做到永久性的晶圓鍵合難度極高，涉及對設(shè)備的理解和整個工藝的磨合，其實(shí)目前行業(yè)里能做到的公司很有限，尤其應(yīng)用在碳化硅領(lǐng)域，做異質(zhì)材料的鍵合，基本是鳳毛麟角。晶瓴能把多晶的碳化硅和單晶的碳化硅異質(zhì)進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)一步提升了效率?！?/p>

碳化硅市場發(fā)展迅速

在逐步解決技術(shù)難題的同時，晶瓴也在為量產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓做準(zhǔn)備。

根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Yole的數(shù)據(jù)，2020年，全球?qū)щ娦蚐iC襯底市場規(guī)模為2.8億美元，半絕緣型SiC襯底市場規(guī)模約為2.1億美元，預(yù)計(jì)2027年將分別增長至21.6億美元和4.33億美元。

王振中認(rèn)為，當(dāng)前市場上6英寸碳化硅晶圓產(chǎn)能已經(jīng)接近臨界點(diǎn)，并在今年出現(xiàn)了降價潮，而8英寸碳化硅晶圓，預(yù)計(jì)在2025年年底到2026年年初，迎來一波旺盛的需求。

原因有兩點(diǎn)。一方面，8英寸較6英寸晶圓更有成本優(yōu)勢。根據(jù)Wolfspeed發(fā)布的數(shù)據(jù)，從6寸轉(zhuǎn)向8寸晶圓，碳化硅芯片（32mm2）數(shù)量有望從448顆增加到845顆，增加了75%。根據(jù)GTAT的預(yù)估，相對于6寸晶圓平臺，預(yù)計(jì)8寸襯底的引入將使整體碳化硅器件成本降低20-35%。

另一方面，雖然6英寸碳化硅襯底已經(jīng)供應(yīng)相當(dāng)充足，但在當(dāng)前半導(dǎo)體市場上，碳化硅功率器件的價格依然昂貴，尤其是在大尺寸異質(zhì)晶圓賽道，性能的提升難以覆蓋成本的增長，大大限制了碳化硅器件在功率器件領(lǐng)域的滲透率。8英寸晶圓目前仍未普及，一旦解決了襯底成本的瓶頸，市場將迎來大量需求。

基于這種判斷，晶瓴也計(jì)劃趕在2025年底實(shí)現(xiàn)8英寸碳化硅晶圓的量產(chǎn)。

“整個碳化硅行業(yè)，包括襯底、器件、晶圓，這兩年正在從原來的6英寸往8英寸方向發(fā)展，明年及后年會是大規(guī)模替換升級成8英寸的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，替換升級到8英寸實(shí)際上是一個必經(jīng)的發(fā)展路徑，也是目前主流行業(yè)和下游客戶認(rèn)可的，”郭斌強(qiáng)調(diào)，“可以預(yù)見到，一旦上游的碳化硅襯底廠商可以實(shí)現(xiàn)批量化的供應(yīng)，那他們對晶瓴提供的設(shè)備和供應(yīng)方案的需求會是實(shí)實(shí)在在的剛需?！?/p>

王振中坦言，前兩次創(chuàng)業(yè)自己把更多的關(guān)注點(diǎn)放在技術(shù)上，這些年的沉淀讓他明白，技術(shù)是敲門磚，其最終需要服務(wù)于市場，所以晶瓴會更關(guān)注產(chǎn)業(yè)上下游，通過客戶的認(rèn)可，來不斷調(diào)整自身的技術(shù)和工藝。

“行業(yè)最終比拼的不是最好的技術(shù)，而是最具可量產(chǎn)的技術(shù)，希望晶瓴能成為國內(nèi)第一家碳化硅異質(zhì)晶圓量產(chǎn)的公司，實(shí)現(xiàn)碳化硅廣泛應(yīng)用于綠色科技領(lǐng)域?！?/p>