重點專項巡禮

聽多了虛擬貨幣、虛擬現(xiàn)實、虛擬主機……有沒有聽過虛擬生長？

“要長出高質(zhì)量的碳化硅（SiC），我們需要對生產(chǎn)工藝進(jìn)行設(shè)計、調(diào)試和優(yōu)化。”晶體材料國家重點實驗室教授陳秀芳帶領(lǐng)的課題組有一項重要任務(wù)——通過物理氣相沉積法生長出高質(zhì)量、大尺寸的SiC單晶材料。

“但實際的生長耗時、耗料，可能也不穩(wěn)定，通過計算機模擬‘虛擬生長’過程，可提前獲知溫度、生長速率等信息，”陳秀芳說。這個方法就像“戰(zhàn)爭推演系統(tǒng)”和實打?qū)嵉貙崙?zhàn)一樣奏效。

近日，國家重點研發(fā)計劃“中低壓SiC材料器件及其在電動汽車充電設(shè)備中的應(yīng)用示范”項目召開年中總結(jié)會，由山東大學(xué)等單位承擔(dān)的課題一，僅用一年時間就獲得了低雜質(zhì)的6英寸SiC晶體，單晶區(qū)直徑大于15厘米，為了讓這些晶圓能夠批量生產(chǎn)，課題組還搭建了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的6英寸SiC單晶爐。

項目負(fù)責(zé)人、浙江大學(xué)教授盛況介紹，項目以應(yīng)用需求為牽引，將實現(xiàn)材料—芯片—模塊—充電設(shè)備—示范應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新。也就是說，高品質(zhì)的SiC材料和芯片將成為充電設(shè)備的核心部件，經(jīng)過封裝、設(shè)計等工藝，為電動汽車高效、高能地充滿電力。

“項目組由SiC領(lǐng)域內(nèi)各環(huán)節(jié)多個實力較強的單位組成。截至目前，課題二開發(fā)了650V和1200VSiCMOSFET芯片，課題三開展了前沿的高K柵極介質(zhì)的技術(shù)研究，研制出了1700VSiCMOSFET芯片，課題四完成了全SiC半橋功率模塊的試制，課題五有2臺充電樣機在北京試運行。”盛況告訴記者，五個課題組就像一個產(chǎn)業(yè)鏈條上的五個關(guān)節(jié)，互為協(xié)作、互為支撐，將共同呈現(xiàn)出SiC從材料獲得直到產(chǎn)業(yè)落地的全鏈條。

“今年下半年，課題一要給課題二、三的承擔(dān)單位‘供貨’，初步完成芯片封裝和模塊設(shè)計。”在盛況的任務(wù)文件中，有一張七彩的點線圖，時間節(jié)點和課題任務(wù)頭連頭、尾接尾，有并行推進(jìn)的，也有順序完成的。項目甚至制定了“項目上下游課題間的送樣計劃和標(biāo)準(zhǔn)”。

“每次湊在一起都是奔著解決問題來的。”盛況說，前一年的研究正在穩(wěn)步推進(jìn)，現(xiàn)階段我們要做的是在明確的方向下攻克核心技術(shù)，進(jìn)一步落實關(guān)鍵任務(wù)。

如果整個項目是一艘行駛向“新型充電方式”的大船，課題五就是這個船上的舵手，“它明確地提出應(yīng)用需求、實現(xiàn)目標(biāo)，而上中游的研發(fā)團(tuán)隊則圍繞目標(biāo)制定具體的推進(jìn)方案。”盛況說。

作為落地的具體實施者之一，泰科天潤半導(dǎo)體科技（北京）有限公司吳海雷告訴科技日報記者，“與現(xiàn)在的充電樁相比，新型SiC充電模塊能達(dá)到最高96%的電能轉(zhuǎn)化效率。”

高溫環(huán)境和空載是傳統(tǒng)充電樁的“痛點”，第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用將解決這個問題。吳海雷說，研究表明，傳統(tǒng)SiC器件充電模塊的工作環(huán)境溫度達(dá)到55℃時，開始降功率輸出或停機，新型SiC充電模塊在65℃時，才開始降低功率輸出，“這基本杜絕了夏天宕機的情況。”

《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》顯示，到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車?yán)塾嫯a(chǎn)銷量超過500萬輛，“這意味著需要建480萬個分布式充電樁、1.2萬座集中式充換電站。”吳亞雷說。這是一個不斷擴張和不斷完善相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)，為能源結(jié)構(gòu)的重大調(diào)整和新能源對化石能源的革命性顛覆，它的起點是一種名為SiC的完美晶體的生長，緊隨其后的是一條嚴(yán)密布局、創(chuàng)新涌動的產(chǎn)業(yè)鏈。