近日，中國(guó)在太空成功驗(yàn)證了首款國(guó)產(chǎn)碳化硅（SiC）功率器件，這一突破性進(jìn)展標(biāo)志著第三代半導(dǎo)體材料有望牽引中國(guó)航天電源系統(tǒng)升級(jí)換代，為中國(guó)航天事業(yè)以及相關(guān)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)注入強(qiáng)大動(dòng)力。

2024年11月15日，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所劉新宇、湯益丹團(tuán)隊(duì)聯(lián)合空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心劉彥民團(tuán)隊(duì)研制的碳化硅載荷搭乘天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船進(jìn)入太空，開(kāi)啟了空間軌道科學(xué)試驗(yàn)之旅。經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的在軌加電測(cè)試，高壓400V SiC功率器件（包括SiC二極管和SiC MOSFET器件）完成了在軌試驗(yàn)與應(yīng)用驗(yàn)證，其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)均符合預(yù)期，運(yùn)行正常，這一突破在2月2日得到了證實(shí)。

這不僅驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)自研高壓抗輻射SiC功率器件的空間適應(yīng)性及其在航天電源中的應(yīng)用，還對(duì)SiC功率器件綜合輻射效應(yīng)進(jìn)行了深入研究。

碳化硅器件對(duì)航天電源升級(jí)換代的重要意義

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、飽和電子速度快等顯著特性。這些優(yōu)勢(shì)使得空間電源的傳輸功率和能源轉(zhuǎn)換效率得以大幅提升，同時(shí)簡(jiǎn)化散熱設(shè)備，降低發(fā)射成本或增加裝載容量，功率-體積比提高近5倍，完美契合了空間電源系統(tǒng)高能效、小型化和輕量化的需求。在太空極端環(huán)境下，傳統(tǒng)硅基器件易受宇宙射線影響而發(fā)生故障，而碳化硅器件憑借其出色的抗輻射性能，展現(xiàn)出更高的可靠性和穩(wěn)定性。

此次太空驗(yàn)證的成功，不僅為中國(guó)未來(lái)的探月工程、載人登月及深空探測(cè)等領(lǐng)域提供了新一代高性能功率器件的有力支撐，還為國(guó)產(chǎn)SiC/GaN器件進(jìn)入車(chē)規(guī)級(jí)市場(chǎng)提供了實(shí)證支撐。

例如，比亞迪漢EV搭載的SiC模塊將綜合效率提升約5%，續(xù)航增加50公里以上，這與太空實(shí)驗(yàn)中器件在極端條件下的低損耗特性具有技術(shù)同源性。此外，碳化硅器件在新能源汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、智能電網(wǎng)、高速列車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，有望推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代。

從航天到民用的廣闊前景

中國(guó)在太空驗(yàn)證的技術(shù)成果，為第三代半導(dǎo)體材料的地面應(yīng)用提供了關(guān)鍵的技術(shù)背書(shū)和產(chǎn)業(yè)化信心。航天級(jí)封裝技術(shù)和抗輻射加固工藝等經(jīng)驗(yàn)，可為地面應(yīng)用場(chǎng)景提供借鑒，推動(dòng)地面應(yīng)用中材料生長(zhǎng)、器件設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)的針對(duì)性優(yōu)化。同時(shí)，太空驗(yàn)證中獲得的器件失效模式數(shù)據(jù)，對(duì)完善地面可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)具有重要參考價(jià)值，有助于構(gòu)建自主可控的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。

盡管取得了重大突破，但第三代半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)化仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，SiC外延片成本較高，材料利用率有待提升。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)如三安光電已建成月產(chǎn)3000片6英寸SiC晶圓的產(chǎn)線，中車(chē)時(shí)代電氣的車(chē)規(guī)級(jí)模塊良率突破98%，這些進(jìn)展與航天技術(shù)的反哺效應(yīng)息息相關(guān)。未來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同創(chuàng)新，如晶盛機(jī)電研發(fā)的8英寸SiC晶體生長(zhǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，有望進(jìn)一步降低襯底成本，推動(dòng)第三代半導(dǎo)體材料在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

中國(guó)在太空成功驗(yàn)證第三代半導(dǎo)體材料制造的功率器件，不僅是航天技術(shù)的重大突破，更是中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要里程碑。這一成果不僅為航天領(lǐng)域帶來(lái)了新的技術(shù)選擇，也為新能源、智能電網(wǎng)、高速列車(chē)等民用領(lǐng)域的發(fā)展提供了強(qiáng)大動(dòng)力。隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，第三代半導(dǎo)體材料有望在中國(guó)制造業(yè)中發(fā)揮更大的作用，助力中國(guó)在全球半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從跟跑進(jìn)入并跑階段。

SEMI-e2025將充分利用華南地區(qū)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，打造寬禁帶及功率半導(dǎo)體主題專(zhuān)區(qū)，云集超100家優(yōu)質(zhì)第三代半導(dǎo)體展商，集中展示第三代半導(dǎo)體碳化硅SiC、氮化鎵GaN、石墨及碳材料、立方氮化硼（C-BN）；第四代半導(dǎo)體氧化鎵（Ga2O3）、金剛石、氮化鋁（AlN）；晶圓、襯底、封裝、測(cè)試、光電子器件(發(fā)光二極管LED、激光器LD、探測(cè)器、紫外)、電力電子器件(二極管、MOSFET、JFET、BJT、IGBT、GTO、ETO、SBD、HEMT等)、微波射頻器件(HEMT、MMIC)等，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)動(dòng)協(xié)同注入新的活力。

往屆參與企業(yè)：

斯達(dá)半導(dǎo)體、捷捷微電、士蘭微電子、新潔能、三安光電、安世半導(dǎo)體、揚(yáng)杰電子、天科合達(dá)、泰科天潤(rùn)、奕斯偉硅片、上海超硅、中欣晶圓、中環(huán)領(lǐng)先、天岳先進(jìn)、南砂晶圓、爍科晶體、天域半導(dǎo)體、同光股份、晶盛機(jī)電、GaNext、比亞迪半導(dǎo)體、方正微電子、優(yōu)界科技、萬(wàn)年芯、愛(ài)仕特、愛(ài)思強(qiáng)、科友半導(dǎo)體、黃河旋風(fēng)、納設(shè)智能、乾晶半導(dǎo)體、晶鎵半導(dǎo)體、致能科技、先導(dǎo)集團(tuán)......

*僅為部分企業(yè)，排名不分先后

此外，為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，展會(huì)將同期舉辦“第6屆第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大會(huì)”和“第四代半氧化鎵峰會(huì)”，屆時(shí)論壇將圍繞第三代半導(dǎo)體和第四代半氧化鎵技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用、市場(chǎng)趨勢(shì)及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展等議題展開(kāi)深入交流，涵蓋從技術(shù)到市場(chǎng)、從理論到實(shí)踐等多方面信息，為企業(yè)挖掘新商業(yè)模式提供全新的思路。