转自：新华财经

新华财经上海9月7日电（记者 郭慕清）9月7日，记者从“破界·启新——碳化硅前沿技术分享暨碳化硅超级结MOSFET成果发布会”上获悉，瑶芯微（上海）电子科技股份有限公司（简称“瑶芯微电子”）与中国科学院院士、西安电子科技大学教授郝跃的团队在碳化硅超级结技术上的深度产学研合作，双方历时五年联合技术攻关，协同晶圆代工厂芯联集成电路制造股份有限公司（简称“芯联集成”）进行工艺平台开发，率先实现该前沿技术从实验室走向产业化的突破。

在活动现场，瑶芯微电子正式发布全球首款碳化硅超级结MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管）产品。此次全球首发，意味着中国厂商在下一代碳化硅技术竞争中，迈入从“跟随对标”走向“原创突破”的全新阶段。

两大关键词：百亿美元级赛道、关乎战略产业发展

功率器件是电能转换、控制与调节的核心芯片，是电力电子装置的基础。从材料构成角度来说，功率器件主要包括利用硅基材料以及宽禁带半导体材料（又称“第三代半导体材料”，包括碳化硅以及氮化镓）制备的产品。

碳化硅功率器件具备高耐压、低损耗、耐高温以及高频特性的优势，是实现电能高效转换的核心载体。目前已成为新能源汽车、数据中心800V供电架构、光伏储能、特高压输电等战略产业发展的核心关键器件。

根据市场调研机构Yole集团的数据，2025年全球碳化硅功率器件市场规模约37亿美元，预计到2030年将突破100亿美元。市场竞争格局方面，目前碳化硅功率器件由海外公司主导，占据了全球约80%的市场份额。中国作为全球最大的汽车、新能源、高端制造等电力电子应用国家，迫切需要本土的功率器件公司来支撑战略产业的稳健发展。

现阶段，碳化硅功率器件主要包括平面型MOSFET以及沟槽型MOSFET。为进一步提升器件的功率密度与转换效率，超级结MOSFET技术被业界公认为下一代突破方向，从理论上为高压、超高压功率器件开辟出大幅提升器件性能的可行路径。但由于电荷平衡控制极难、工艺精度要求极高，该技术长期停留在实验室研究阶段。国内外科研机构和企业投入了大量资源进行技术攻关，但尚未出现具备产业化价值的成果。瑶芯微电子与郝跃院士团队自2021年开展联合技术攻关，并协同晶圆代工厂芯联集成进行工艺平台开发，在碳化硅超级结技术上实现了原创突破。

“最近几年，无论学术界还是产业界都亟需寻找下一个10年的技术路线，碳化硅超级结技术虽然已被广泛研究，但面临的很多技术瓶颈仍未攻克。历经艰苦攻关，我们找到了解决方案并最终实现了产业化落地。”瑶芯微电子创始人、董事长郭亮良说。

郭亮良毕业于西安电子科技大学微电子学和固体电子学专业，师从郝跃院士，有近20年半导体从业经验。2019年，郭亮良创办瑶芯微电子，深耕功率器件和传感器芯片领域。

在产品研发以及市场推广过程中，瑶芯微电子团队发现，客户对于器件功率密度提升、高温寿命耐久的需求越来越高，碳化硅超级结成为亟需攻克的技术方向。由此，瑶芯微电子与郝跃院士团队展开联合攻关。

“在求学和创业的过程中，郝老师一直给予我教导和建议，比如，建议提前布局第三代半导体，通过产学研合作开展下一代技术开发等。郝院士团队的碳化硅项目带头人贾仁需教授是我的同学，在该领域具有深厚的学术造诣。我们的合作非常顺畅，学术端的理论深度和产业端的工程能力形成了很好的互补，让技术攻关少走了很多弯路。”郭亮良说。

随着产学研合作的不断深化，瑶芯微电子与西安电子科技大学陆续建立了“车载碳化硅功率器件联合实验室”、“产学研合作基地”以及“研究生实践教育基地”，实现技术创新、产业应用与人才培育的深度融合。

发布会现场，贾仁需分享了对碳化硅技术发展趋势的洞察。在回顾攻关历程时，他指出，碳化硅超级结器件研发面临三大全球性难题。一是“算不准”，理论模型与实际工艺难适配；二是“找不到”，复杂结构导致多区域电场分布难协同；三是“做不出”，工艺波动导致结构设计难实现。

正是这三重困境长期制约着该技术的产业化进程。而通过产学研团队的深度协同，联合晶圆代工厂进行工艺开发，这些瓶颈被逐一攻克，最终实现了从“实验室概念”到“工程化产品”的跨越。

“在微米世界里盖高楼”，超级结如何大幅提升产品性能

超级结技术到底是什么？瑶芯微电子联合创始人、CTO陈开宇打了个比方：功率器件类似一座电闸，闸门打开时电流需要宽大顺畅的通道，减少损耗；闸门关闭时，要靠半导体材料扛住高压电流，防止击穿。通道越宽，高压越容易横向渗透击穿两侧材料；而通道越窄，电流阻力变大，损耗增加，转换效率变低。

超级结技术的思路是，在主通道两侧建造一排排交替排布的“承重柱”——P型柱与N型柱。当器件承受高电压时，原本集中的电场被这些柱子共同分担、相互抵消，电场分布趋于均匀。主通道无需收窄，就能扛住更高电压。

“但这绝不是简单‘多加几根柱子’，而是一架精密天平：P柱与N柱两侧的电荷必须精准平衡，哪怕极小偏差，也会打破电场分布，影响器件耐压和性能。”陈开宇说。

理论听起来巧妙，真正要把这颗指甲盖大小的芯片造出来，却是在微米尺度上的一场极限挑战。陈开宇把制造过程形容为“在微米世界里盖一栋高楼”：

超级结结构需多层外延生长，一层一层叠加，每层厚度、掺杂、位置都必须精准，底层偏差会逐层放大。碳化硅材料硬度高，杂质难以扩散，团队采用兆电子伏特量级高能铝离子注入，把离子加速到极高能量后精准打入材料内部，就像隔着厚墙把种子送到指定位置。

更难的是电荷平衡的“安全区”设计。芯片制造不可能严丝合缝，外延浓度、注入剂量、结构尺寸都有细微波动。设计不能只瞄准一个“完美点”，而要找到一块既高性能、又容得下工艺偏差的“安全区”。高能离子注入决定深层结构“做得准不准”，电荷平衡决定“做出来能不能用”，两者必须匹配。

经过五年努力，最终换来一组硬数据：该器件实现1635V超高耐压，室温和175°C高温下比导通电阻低至1.27 毫欧·平方厘米（电流密度较商业化国际顶级水平提升50%）和1.5 毫欧·平方厘米（高温电流密度较商业化国际顶级水平提升166%）。25°C到125°C导通电阻实现零温漂，175°C温度系数小于1.2倍，相较平面或沟槽技术1.8至2.2倍的温度系数取得了实质突破。器件BFOM高达2.1吉瓦每平方厘米（功率密度提升了81%），有效兼顾超低导通损耗与高频高效开关特性。该器件逼近碳化硅材料的一维物理极限，将1200V碳化硅功率器件的综合性能推升至新的高度，实现了从国产替代到原研创新的重大突破。

从跟随到原创，中国碳化硅开启新篇章

“瑶芯微电子推出的1200V碳化硅超级结MOSFET，属于全球范围内率先完成产品化验证的碳化硅超级结器件。”郝跃院士如是评价说。

记者了解到，该产品的深层意义在于技术发展方式的转变。过往碳化硅功率器件的技术路线与产品规格由海外企业主导，国内同行多围绕成熟器件结构开展国产替代。超级结属于下一代器件结构，国内科研与产业团队将原理性技术突破转化为工程化产品，意味着我国已具备参与下一代功率器件技术路线竞争的能力。国产替代是现阶段基础任务，掌握原创器件结构、参与产品定义，则是产业迈向更高水平竞争的重要标志。

目前，瑶芯微电子围绕新能源汽车全场景、数据中心800V供电架构全链路等核心应用领域，构建了功率器件系统级解决方案。公司的功率器件产品已进入多家全球领先的汽车电子以及AI数据中心电力电子客户，深度绑定全球头部客户群，在多家头部客户中实现国产替代。并且，公司在国内率先实现8英寸碳化硅MOSFET量产。

陈开宇指出，在应用端，碳化硅超级结技术带来的不只是器件性能的提升，更是系统级的变革。首先，显著提升器件在高温下的功率密度，带来模块设计和电路架构的变革，助力新能源汽车主驱、车载电源、AI服务器电源等应用。其次，突破3300V以上高压大电流器件的技术瓶颈，实现在数据中心固态变压器以及电网装备等场景中的应用。最后，芯片面积显著缩小，叠加8英寸晶圆制造的优势，可以大幅降低单芯片成本，为客户提供更高性价比的产品。

据悉，在量产方面，瑶芯微电子已与晶圆代工厂芯联集成紧密合作，首批客户将面向对功率密度要求严苛的数据中心高压直流供电系统以及AI服务器电源等领域。如今，碳化硅超级结正开启新的技术篇章。海外头部企业均将碳化硅超级结定位为2027年至2031年的下一代主力技术路线。此次国产碳化硅超级结MOSFET的产品化落地，意味着在下一代技术起跑线上，中国厂商已占据有利位置。

编辑：林郑宏