风口财经记者 牛晓芳
“首批订单几百片，还没交货，不到一个月的时间，客户又下了1000片。”青岛浩瀚全材半导体有限公司负责人王泽华透露，今年6月，其公司实现了在全球都被称为行业难题的4英寸锑化镓晶圆的批量化生产，这在全国属首次，至此，因国外封锁导致“卡脖子”的问题得以突破，这标志着我国锑化物半导体材料研发、生产的独立性向前迈进了一大步。
被“卡脖子”的半导体核心部件——锑化镓晶圆
据悉，锑化镓晶圆衬底是用于制造“二类超晶格红外焦平探测芯片”的关键材料，该芯片是红外焦平面阵列探测器的核心部件。因其能够对红外光谱范围的辐射进行高效的探测，红外探测距离可达到几公里以外，且灵敏度和分辨率均极高，因此广泛应用于军事、安防、医疗和工业等领域。
据SEMI数据显示，半导体材料是国内半导体产业链的短板，尤其是晶圆制造材料中部分产品对进口的依赖甚至超过90%。而在前些年，由于应用较少，国内半导体材料领域对锑化镓的研究远不如砷化镓、磷化铟等半导体材料那样深入。但随着市场需求释放，近年来，超晶格材料锑化镓成为了红外成像领域的热门材料，锑化物半导体作为经典Ⅲ-Ⅴ族体系也占据了第四代半导体的核心地位。
2019年，包括锑化镓在内的部分半导体材料作为战略物资被国外限制出口，这导致此前高度依赖进口的下游企业因锑化镓晶圆缺货而严重影响生产。“锑化镓晶圆的市场缺口有多大呢？我们的客户从2020年开始缺衬底材料，一直缺到我们研发成功，给他们稳定供货为止。”王泽华介绍，“据我们此前调查，国内尚没有形成锑化镓晶圆批量供货的企业。”紧迫的形势让深耕半导体材料领域的创业团队看到了市场缺口，也看到了机会。
2020年12月，青岛浩瀚全材半导体有限公司成立，在当地政策的大力支持下，落户于青岛胶州半导体产业园，投资20亿元，建设厂房面积超过一万平米。自创业之初，团队便投入到锑化镓晶圆的研发中。孤注一掷的投入，换来的是两年后接到的第一笔批量生产的订单——这是国内已知的首单大直径锑化镓晶圆订单。
浩瀚全材研制的4英寸锑化镓晶圆
“从广州到上海，起伏不超过10毫米”
行业标准苛刻、入行门槛高、研发成本高、开发周期长……这些标签让锑化镓研发成为业内出名的高风险行业。
“锑化镓的各项指标要求是行业内的顶尖级要求，比如平整度要在3微米以下，但其他材料的晶片可能15微米以下就可以。” 王泽华介绍，“3微米以下的平整度意味着什么呢？相当于从广州到上海的距离内，起伏不超过10毫米。”
平整度仅是行业内对锑化镓晶圆的“苛刻”要求之一。极严苛的位错密度，高规格的导电性、均匀性，以及，抛光清洗环节中，整个晶片“只要有一道划痕就废了”……这些要求意味着，晶圆直径越大，缺陷越难以控制，带来的结果是，良品率的下降以及成本的上升。
从克服技术难题，到自主研发关键设备，经过团队近一年的努力，2022年4月，第一根2英寸锑化镓单晶成功走出了拉晶炉。在持续进行技术迭代，提升良品率稳定性的基础上，团队紧锣密鼓地开启了4英寸锑化镓晶圆的研发，仅一年后，4英寸锑化镓开始为下游企业稳定供货。
从项目立项，到2英寸、4英寸锑化镓晶圆的相继量产，浩瀚全材仅用了两年半时间，跑出了行业“超速度”。旁观者眼中的一帆风顺、顺理成章，背后是团队40余人的朝乾夕惕、奋楫笃行。
“那段时间，公司技术团队连续几个月没白没黑。”董事长王世锋介绍。王泽华尤记得，最初仅给客户送样品就送了5次才最终合格。“我们一开始给客户送货的良品率是80%，中间经历了波折，良品率一度下降到30%。”这些坎坷带给团队的是持续精进的激励——“当时我们的工艺还不成熟，只能不断更新迭代，基本迭代频率是一个月一次，最终迭代出成熟的产品。”
工作人员展示生长成功的锑化镓晶棒
“衬底从2英寸提升至4英寸，产能提升八倍”
如此执着于更大尺寸、更高规格材料的研发，意欲何为？
“从2英寸到4英寸，对我们来说不但难度增加，而且生产成本增加了十几倍。”王泽华解释，但对于下游企业而言，当晶片尺寸越大，单个晶片上的芯片数量就越多，从而能够提高生产效率、降低生产成本。
“对于后道工序来说，生产成本极高。一台设备花费动辄几千万甚至上亿，而生产周期又是固定的。那么，如果我们能提供更大尺寸的晶圆衬底，提升下游企业的衬底利用效率，从而为其优化成本，这对整个产业链来说意义重大。”王泽华估算，对下游企业而言，衬底从2英寸提升至4英寸，产能可提升八倍左右，生产成本降低至少50%。
芯片成本的降低决定了芯片的应用推广。目前，受限于研发成本与海外出口限制，即便作为冉冉升起的半导体材料之星，被业内认为具有广阔的应用场景，锑化镓在国内仅有少量企业生产，且以2英寸为主。
“目前国内的锑化镓晶圆几乎全部应用于军工、航天，民用、工业推广难度依然很大。但未来随着成本降低，这将是必然趋势。”王泽华表示。
如今，青岛浩瀚全材半导体有限公司已具备年产锑化镓晶圆2英寸12万片、3英寸6万片、4英寸1.2万片的能力，其中2英寸锑化镓晶圆的国内市场占有率达70%左右，良品率达95%，远高于行业水平。研发技术与生产能力与国际水平比肩。
无暇为成绩欢呼，团队已投入到6英寸半绝缘砷化镓晶圆和4英寸砷化铟晶圆的研发规划中。“我们接下来的打算是，把4英寸的良品率提升、稳定了，在此基础上，在今年年内进行4英寸砷化铟和6英寸半绝缘砷化镓晶圆的研发，预计明年实现这二款产品的量产。”王泽华介绍。
