盡管國內芯片“卡脖子”事件隨著時間的推移漸漸失去熱點，但業界始終緊繃著那根弦，那雙“卡脖子”手從未移開，意味著致命的扼殺危機仍在持續。

歷經跌宕，行業危機的反思雖遲來一步，但猶未為晚。如果說國產芯片“卡脖子”是一場澆醒業界的大雨，那些在大雨將至前就已經清醒地警惕著并枕戈待旦的人，正在謀劃一場“翻身仗”。

河北同光晶體有限公司（以下簡稱“同光晶體”）就是其中之一。

經過8年黎明前的黑暗時刻，在掌握造出第三代半導體材料碳化硅襯底的主動權上，同光晶體踏出了勝利的步伐。

同光晶體副總經理王巍回憶道，為了抓住第三代半導體材料彎道超車的機會，其創始人鄭清超早在10年前，在轉手年營收達到數億元的公司之后，攜幾乎全部身家投入到了第三代半導體材料碳化硅襯底片的研發與產業化中。

01

半導體材料的發展

被譽為世界上第4大重要發明的半導體，其重要性不言而喻。生活中的手機、電視、電腦、汽車等電子產品、設備都與半導體無不相關。

而半導體產業的基礎是半導體材料，時至今日已發展到第三代。

第一代半導體是“元素半導體”。上世紀50年代，以硅基、鍺基為代表的第一代半導體材料出現，取代了笨重的電子管，讓集成電路成為可能，微電子工業、IT產業得以迅速發展。

到了90年代，第二代半導體材料以砷化鎵、磷化銦為代表，應用于毫米波器件、衛星通訊、移動通訊和GPS導航等領域，促進了互聯網產業的蓬勃發展。

隨著技術的迭代，第三代半導體材料登場。第三代半導體材料以碳化硅、氮化鎵等為代表，因其具備高擊穿電場、高熱導率、高電子飽和速率及抗輻射能力等優異性能，適用于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，在國防、航空航天、石油勘探、光存儲等領域有著廣泛的應用前景。

縱觀半導體產業的發展，在上世紀六七十年代，國內的半導體技術也曾有過“輝煌的昨天”。1957年，北京電子管廠就拉出了鍺單晶，1962年天津一家企業拉制出國內首顆砷化鎵單晶。1965年，國內第一塊集成電路在北京問世。

彼時，中國電子工業、半導體工業僅次于美國，并領先日、韓等國。但80年代末，刮起了“造不如買”的輿論風潮，數十年建立起來的半導體產業體系迎來了悲慘的命運。

在進口產品的沖擊下，國內半導體材料企業的發展也難以為繼。國際的半導體技術不斷迭代之時，國產半導體材料逐漸落后于國際同行。

落后變成了受制于人，尤其是中美貿易戰之后的中興、華為、中芯國際等事件無一不顯示在半導體領域實現國產自主可控是多么迫切的需求。

有數據顯示，在寬帶通訊、太陽能、汽車制造、半導體照明、智能電網等眾多戰略行業，使用第三代半導體功率器件可以降低50%以上的能量損失，并且可以使裝備體積減小75%以上。

因此，第三代半導體的高地，中國必爭無疑。

02

與其讓人卡脖子，不如自己干

同光晶體涉足碳化硅領域，源自其創始人鄭清超對半導體材料意義的深遠洞見。

早在2000年，瞄準國家戰略需求帶來的新能源產業發展契機，鄭清超創辦了一家主營電力電子產品的公司，生產各種型號的濾波器、無功補償設備、電源柜等，很快就取得了過億的年銷售收入。2008年，伴隨光伏產業的爆發及LED產業的興起，鄭清超的公司涉足其中，生產的高頻開關電源占據了當時市場的主要份額。

隨著企業的順利發展，一個難題卻總是揮之不去，那就是產品制造過程中需要用到的大量電子元器件。當時進口器件的價格是國產的好幾倍，但是技術性能指標國產產品總是差著很大一截。為了保證質量，企業也不得不咬牙使用進口產品，給成本控制上帶來了很大的壓力。

在與電力電子器件打交道的十余年，鄭清超深刻認識到材料是影響器件性能的重要元素，是工業的基礎。一代材料決定一代器件，一代器引領了一代應用。

2011年，鄭清超接觸到碳化硅材料，了解到作為世界上最先進的第三代半導體材料，碳化硅必將引發一場新的產業革命，特別是對我國半導體產業實現自主可控的戰略目標尤為關鍵。當時，碳化硅材料在國內的研發應用屬于剛剛起步的階段，在民用領域尚屬空白。與其讓外國人繼續卡脖子，不如自己擼起袖子干。

2012年，鄭清超用他賣掉上一家公司的全部收入創建了碳化硅單晶襯底制造企業——河北同光晶體，它也是國內較早從事第三代半導體產業的高科技企業之一。

03

八年攻關路

根據 IHSMarkit 數據顯示，2018年，碳化硅功率器件市場規模約 3.9 億美元，受新能源汽車龐大需求的驅動，以及光伏風電和充電樁等領域對效率和功耗的要求提升，預計到 2027 年碳化硅功率器件的市場規模將超過 100 億美元。

如今，市場向碳化硅敞開了熱情的大門。但在此之前，布局其中的企業卻猶如黑夜中的行船，不知道彼岸有多遠，也不知道要行駛多久。

比如同光晶體。

2012年鄭清超和他的團隊一腳踏進碳化硅領域，等待他們的將是漫漫探索路。

由于行業的特殊性，國外技術成熟的公司對國內建立了嚴格的技術壁壘。 沒技術，就從“零”起步，組建研發團隊；缺生產設備，則投入巨資，自主研發搭建全新生產系統。

所幸的是，此時國內已有中科院物理所、半導體所、山東大學等科研院所在第三代半導體領域做出了一系列的研究工作。同光晶體便與中科院半導體所展開合作，建立院士工作站，獲得了強有力的技術支撐。

但要實現這一前沿材料的產業化，是一件極其艱難的事情。實驗室內長出一、兩塊晶體和工業廠房內實現大批量晶體生長完全不同，難題幾乎如同一道天塹橫亙在同光晶體面前。

因可供技術人員參考的資料非常少，研發的基本技術路線是未知的，因此整個研發工作充滿巨大的不確定性。以高純度多晶原料的合成為例，技術人員設計了超過10種的技術路線，依次進行試驗嘗試，直至最后一種技術路線才達到了最終的目標，整個開發周期超過2年。

產業化中的每個環節都面臨重重困難：高純度SiC多晶原料合成技術、高結晶質量低位錯SiC單晶生長技術、4H-SiC單晶晶型控制技術、高純度4H-SiC單晶生長技術、低損傷4H-SiC單晶襯底Si面CMP技術等等，這每一步關鍵技術的突破，可以說都是歷經磨難的過程。

技術的攻關僅僅是其中的一道坎。彼時，碳化硅對于國內市場而言只是先進的半導體材料，并沒有相應的市場需求，只有少量的科研需求。

缺乏市場的供養，一切開支都要自己掏錢。從公司成立直到2019年，8年時間，同光晶體前后投入研發資金已近2億元。大量研發投入難以快速產生經濟效益，但信心卻從未動搖。

經過8年的摸索，隨著關鍵技術被一一攻破，直到2019年末，同光晶體終于交出了亮眼的成績單：4英寸高純半絕緣型碳化硅單晶襯底，各項技術指標均達到國際先進水平，6英寸導電型碳化硅襯底，取得關鍵工程化技術突破，達到車規級功率半導體芯片的應用標準，具備了批量生產條件。

“同光晶體成為了國內真正能實現碳化硅襯底片批量供應的少數企業之一。”

04

未來之路

隨著5G與新能源車產業的崛起，同光晶體聽到了黎明的號角。

拯救同光晶體的，除了自身的堅持與探索，還得益于中美貿易摩擦后對國產替代的需求和5G、新能源車等市場的崛起。

盡管從整個碳化硅材料市場格局來看，美、日、歐等外商仍是整個市場的主導者，美國的Cree是碳化硅襯底的主要供應商，占據了全球一半以上的碳化硅晶片市場。但隨著制裁事件連續上演，關鍵材料國產化的意愿變得越來越迫切，加上碳化硅材料和器件在軍工國防領域的重要作用越來越突出，同光晶體等國產碳化硅材料企業的路將越來越平坦。

市場也終于柳暗花明。

碳化硅半導體襯底可分為導電型襯底片和高純半絕緣型襯底片。導電型襯底片可制作功率器件，用在電子電力領域，如新能源車及充電樁、光伏逆變器、工業電源的UPS等。

2018年，特斯拉的一個舉動，為導電型碳化硅襯底片市場做了個“大蛋糕”。由于碳化硅材料的物理性能優異，導熱性好、耐高溫高壓，單位時間充電效率提升；良好的導熱性可以降低冷卻系統的需求，從而減小體積，增加續航里程。于是特斯拉率先采用了碳化硅MOSFET功率器件。

作為新能源車的風向標，“第一個吃螃蟹”的特斯拉無疑吸引了同行的目光。據測算，1張6英寸導電型碳化硅襯底片可制造出100個MOSFET芯片，能夠滿足兩輛特斯拉電動車的需求。按照特斯拉50萬輛產能計算，國內僅特斯拉一家車廠每年就要消耗至少25萬張6英寸導電型碳化硅襯底片。

另一種高純半絕緣型碳化硅襯底片則應用于微波通訊領域，主要是5G市場。

2019年，5G商用拉開帷幕，拉動了4寸高純碳化硅襯底片的應用。

從用量來看，僅在基站方面，國內總共將布局500萬至550萬座基站，每年會有50-80萬座基站的建設。“高純半絕緣型碳化硅主要用于5G基站的PA部分。”

市場帶來的東風，同光晶體自然不會錯過。王巍說：“從2019年底，我們就開始了產業擴張之路，為今后的規模化、產業化打基礎。”

作為國內供應高純半絕緣型碳化硅襯底片的少數企業之一，同光晶體目前在河北保定高新區廠區裝備了200臺長晶爐，能夠滿足市場對于高純碳化硅襯底片的需求。“碳化硅的尺寸將來會逐漸過渡到6英寸為主，如果做到8英寸，終端產品價格會進一步下探，在微波射頻和電力電子器件領域應用會越來越廣，市場將更加廣闊。”王巍說。

2020年3月，在河北淶源，同光晶體啟動建設了新的廠區，規劃布局600臺長晶爐，年產能可達10萬片6英寸導電型襯底片。

從無到有到行業領軍企業，同光晶體的成長見證著創始人過人的眼光和勇氣。如今的同光晶體僅在2020年營收已經達到2億元，并完成了C輪融資。在市場與國產化機遇下，同光晶體的雄心勢不可擋：2021年籌劃推進下一個2000臺單晶生長爐廠區建設，預計2022年一期項目500臺投產運行，計劃在2025年完成全部設備投資，力爭成為全球重要的碳化硅單晶襯底供應商之一。

同光晶體的沖刺身影，同時也在告訴著世界，先進的第三代半導體材料，中國的聲音不可忽視。

【個人簡介】

王巍，畢業于上海交大自動化系，后于英國布魯內爾大學獲得電力市場專業碩士學位。 本人現為河北同光晶體有限公司副總經理，負責市場銷售運營。

【企業簡介】

成立于2012年，注冊資本1.69億元，現有職工200余人，專業從事第三代半導體材料碳化硅襯底的研發和生產，是中科院半導體所的合作單位，2020年銷售收入實現近2億元。

目前，同光晶體投資建設碳化硅單晶生長爐200余臺，搭建了從晶體生長、襯底加工，到品質檢測等國際先進、完整的碳化硅襯底生產線，生產能力達到年產6萬片。企業自主研發的直徑4英寸、6英寸高純半絕緣型和導電型碳化硅單晶襯底，經專家和客戶驗證達到了國際先進水平。

同光晶體與中電科十三所、五十五所建立穩定合作關系，成為其主要供貨商，將高品質產品成功應用到了我國5G基建建設中，打破了國際壁壘，破解了產業發展 “卡脖子”問題。