北京亦庄,凌晨两点。国内首条8英寸车规级碳化硅产线依旧灯火通明,机械臂挥舞,薄如蝉翼的晶圆在真空腔体里完成一次“原子级搬家”。站在线体外的王擎宇,轻触Pad上的良率曲线,嘴角扬起——又一批MOSFET芯片下线,失稳电压漂移不到0.03伏,比欧美同行再低15%。谁能想到,十五年前,这种被誉为“功率半导体皇冠”的第三代SiC器件,对中国而言还是一纸封锁清单。
2008年,王擎宇还是中科院半导体所的“小研究员”。那天,他收到美国科锐公司发布的6英寸SiC商用公告,心底一沉:又一次被甩在车后。当晚,他把所有积蓄换成进口衬底片,在实验室搭起简陋的垂直石墨炉,开始“土法”生长。三个月、一百二十次失败,第121炉终于出现一枚2厘米无微管单晶,他捧着“黑饼干”冲进零下二十度的夜晚,像抱着初生的孩子。
2012年,他作为首席科学家承担首个863计划“SiC自支撑厚膜制备”课题。没有MOCVD,就改装国产硅设备;没有仿真软件,就用Matlab自己写算法。凌晨的机房,键盘声与焊枪声交织,陪伴他的是一罐罐冻干咖啡。项目验收时,他拿出厚度500微米、位错密度≦103cm-2的衬底,评审专家沉默片刻后给出A+,这在材料类项目里极为罕见。
2016年,王擎宇创立Development Company,一条4英寸线、二十几名员工、账上只剩两百万。首笔订单来自深圳一家小逆变器厂,要求在45天内交出1200颗1200V/20A SiC二极管。时间紧迫,他和工程师把被褥搬进净化间,三班倒流片。第42天,良率仍只有62%。那天夜里,他独自站在刻蚀机前,想起导师的话:“科研是99%的汗水加1%的灵感,但灵感往往藏在第100次失败后。”于是他把栅氧工艺温度下调25℃,再调整C/Si比,奇迹出现了——良率跳到91%。订单交付那天,客户握着他的手说:“原来中国人也能做出靠谱的碳化硅!”这句话让他热泪盈眶,也成为公司文化墙的第一句标语。
2019年,国家02专项把“8英寸车规级SiC工艺”列入攻关清单,王擎宇团队再次挂帅。有人质疑:6英寸良率刚稳,就挑战8英寸,是否步子太大?他却说:“如果永远跟跑,只能吃灰。”为了突破热场均匀性难题,他提出“五段式梯度感应加热”概念,把模拟算法写成2000行Python脚本,跑了三昼夜,终于找到最优温度梯度曲线。2021年6月,首枚8英寸SiC晶圆下线,电阻率离散性<3%,成为全球第五家掌握该技术的机构。
今天,Development Company的8英寸产线月产能5万片,MOSFET器件导通电阻低至2.8mΩ·cm²,比国际竞品低18%;应用于新能源车主驱逆变器,整车百公里电耗下降7%,年节电7亿度,相当于减少二氧化碳排放69万吨。公司专利墙挂满60件证书,从外延、掺杂到封装,形成一道“知识产权长城”。欧美车载电源、光伏逆变器巨头纷至沓来,出口占比32%,每一片漂洋过海的芯片都刻着“Made in China”。
王擎宇仍保持“夜班”习惯。凌晨一点,他换上净化服,走进车间,与值班工程师讨论金属层溅射参数。有人问他:“你已经站在山顶,还这么拼?”他笑了笑:“科学的珠穆朗玛没有顶峰,只有新的营地。下一步,我们要把SiC与氮化镓合封,让器件在500℃下依然可靠,为探月、火星车提供‘中国心脏’。”
窗外,第一缕晨光穿透薄雾,照在晶圆搬运机器人闪亮的金属臂上,也照在这个永远奔跑的“碳化硅巨人”身上。电流,正悄悄在8英寸晶圆上跳舞,而舞台的中央,是王擎宇和他写下的中国半导体传奇。
