徐现刚二十五年深耕碳化硅技术 打破国外垄断筑牢国产半导体根基

问题:化合物半导体材料是先进装备制造、新能源汽车、智能电网与雷达等领域的重要基础。

碳化硅因耐高压、耐高温、高热导等特性,被视作新一代功率器件与高端探测装备的关键材料。

其中,半绝缘碳化硅是先进雷达等高端系统的核心基础材料,导电型大尺寸、高质量碳化硅衬底则是功率器件产业竞争的焦点。

较长时期内,相关制备技术、装备与供应链环节被少数国家企业掌握,对我国形成封锁与限制,导致“卡脖子”风险突出,产业发展面临成本高、供货不稳与迭代受制等现实压力。

原因:一方面,碳化硅晶体生长过程对温场、杂质、缺陷等控制极为敏感,产业化要求不仅是“做出来”,更要“做得稳、做得大、做得一致”。

从籽晶扩径到缺陷密度控制,从材料能级调控到后续加工与检测,任何一个环节的波动都可能影响器件可靠性与系统性能。

另一方面,高端材料往往与专用装备、工艺参数和质量体系深度绑定,技术积累需要长期投入和跨学科协同,短期难以通过简单“引进—消化”实现替代。

再加上国际产业竞争加剧,关键材料与装备的外部不确定性进一步放大了自主突破的紧迫性。

影响:围绕上述瓶颈,徐现刚团队以国家需求为牵引,持续推进基础理论、关键工艺与装备体系的协同创新。

在半绝缘碳化硅方面,团队构建成核控制、能级调控和位错复合等理论体系,形成半绝缘及导电型碳化硅制备成套技术,推动打破长期垄断与禁运限制,为我国相关高端装备研制提供材料保障。

成果转化方面,相关技术在山东落地培育出国内碳化硅领域上市公司,并带动多家行业龙头成长,形成从材料到应用的产业集聚效应。

公开信息显示,产业化企业近五年在山东实现产值超过58亿元,并带动相关产业链产值超千亿元,对提升区域创新能力、推动产业结构优化和新旧动能转换发挥了重要作用。

同时,团队注重人才培养,培养多名碳化硅产业领军人才,为产业持续迭代提供了“工程师+科学家”复合型支撑。

在导电型大尺寸碳化硅方面,面对国际竞争与封锁并存的局面,团队牵头参与国家多部门联合重大攻关,围绕8—12英寸籽晶扩径等关键瓶颈开展系统突破,研制12英寸碳化硅激光剥离装备,并实现零螺位错密度8英寸导电型碳化硅制备,推动国产碳化硅材料能力实现从跟随到引领的跃升。

相关产品已批量供应国内外30多家企业,应用场景覆盖车规级需求等领域,并获得中国国际高新技术成果相关奖项。

在产业规则层面,团队还牵头制定多项行业标准,为产品质量一致性、检测评价与产业协同提供制度化支撑,有利于减少“各自为战”的重复投入,提升产业链整体效率。

对策:业内普遍认为,关键材料突破需要“科研—工程—产业—标准”一体推进。

第一,持续强化基础研究与工艺机理研究,围绕缺陷控制、杂质调控、晶体生长稳定性等核心问题开展长期攻关,夯实可复制、可迭代的技术底座。

第二,推动专用装备与工艺协同国产化,形成从晶体生长、加工到检测的闭环能力,降低外部供应链波动带来的系统性风险。

第三,加快成果转化与规模化验证,通过龙头企业带动、产业链协同和应用端牵引,尽快在车规、工业、电力电子等高可靠场景完成验证,形成以应用促迭代的正循环。

第四,完善标准体系与质量体系建设,推动行业评价方法、关键指标与检测规范统一,提升国际合作与市场拓展能力。

第五,强化人才梯队建设,既要培养面向前沿的科研人才,也要培养熟悉量产、质量与可靠性的工程技术队伍,实现从实验室突破到规模制造的顺畅衔接。

前景:随着新能源汽车、电网升级、储能与先进制造等领域需求增长,碳化硅材料及器件渗透率有望持续提升。

未来竞争将从单一材料指标扩展到全链条能力,包括大尺寸化、低缺陷密度、良率与成本控制、装备国产化以及标准与生态构建。

以半绝缘与导电型碳化硅为代表的关键材料实现自主可控,将为我国高端装备和战略性新兴产业提供更稳固的底层支撑。

此次徐现刚获评2025年齐鲁最美科技工作者,也从一个侧面体现出我国对面向国家需求、贯通基础研究与产业转化的科技人才和创新路径的重视。

徐现刚团队25年如一日的科研攻关,生动诠释了科技工作者的使命担当。

从实验室研究到产业化应用,从技术突破到标准制定,这一创新历程不仅打破了国外技术垄断,更培育出完整的产业链条,为我国在新一代半导体材料领域赢得发展主动权。

这一案例深刻表明,只有坚持自主创新,才能在关键核心技术领域实现真正突破,为高质量发展提供坚实支撑。