新能源产品的“芯脏”:不足1毫米厚的宽禁带器件

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 新能源汽车、智能电网等战略性新兴产业发展迅猛。作为这些产业的“心脏”和“发动机”——用于能源产生、传输、使用的芯片更是市场追逐的宠儿。在南京市江宁区,依托中国电子科技集团公司第55研究所建设的宽禁带半导体电力电子器件国家重点实验室,利用新一代碳化硅、氮化镓等材料,在不到一毫米厚的芯片上做文章,为奔跑的电子设计性价比最高的“高速公路”。

比起传统以硅为原材料的电子器件,宽禁带半导体电力电子器件被誉为带动新能源革命的绿色能源器件,功率密度更大,效率更高。全球芯片市场数千亿美元,但高端核心芯片的技术掌握在其他国家。2000年左右,我国开始宽禁带半导体电力电子器件的研发工作。55所科技处韩春林说,这几年,55所投入数亿元全力打造这个国家实验室,就是为了在下一个10年占据电子元器件的技术高点。实验室主任柏松就是当时被55所从美国“挖”回来的专业人才。

进入实验室大楼之前,记者被要求“全副武装”地穿上工作服、帽子、鞋套和口罩。“你这还只是在走廊上参观,如果进入实验室内部,全身上下一点都不能露出来。任何细小的灰尘都会影响芯片制造的精准度。在这里,一立方米的空间里,1/30头发丝粗细的颗粒物不超过10个。”柏松带着记者参观时介绍,仅这数千平方米的实验室,里面的设备就价值10多亿元。比如光刻机,专门负责把专家们设计好的高速公路建造在芯片表面。而一台光刻机的价格就高达数千万元。

“所有电能的传输都依靠电子在芯片中的跑动。我们就是要在这个薄薄的芯片上造高速公路,既要路线设计科学,又要路面光滑平整,让电子该走的路快速通过,不该走的路一点都不能通过。”柏松向记者展示了手指甲盖大小的芯片。在这个不到一毫米厚的芯片上设计电子奔跑路线,可是个功夫活,涉及到数百个参数和工序。柏松研究怎么设计这个高速公路已经有20多年了,从零基础起步,如今,他领衔的这个国家重点实验室已经成为该领域的国内领跑者,建立了自主知识产权的理论和关键工艺技术能力。

最近,实验室正和国家电网、中车集团等单位合作,将最新研发的芯片试点应用。未来实验室将建成世界一流的高端人才聚集地和世界级科研成果孵化平台,让我国新能源产品早日走向世界。

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