2018-2019广东重点领域研发计划

  -3-附件12018～2019年度广东省重点领域研发计划“第三代半导体材料与器件”重大专项申报指南（征求意见稿）根据省委和省政府有关工作部署，结合国家和省“十三五”科技创新规划确定的目标、任务和重点领域，积极承接国家项目和引进国内外团队和领军人才，按照全链条部署、一体化推进的思路，以国家战略和广东产业发展需求为牵引，瞄准国际最前沿，集中力量联合攻关一批制约产业创新发展的重大技术瓶颈，掌握自主知识产权，制定产业标准，取得若干标志性成果。按照项目实施方案的部署，现提出2018～2019年度第三代半导体材料和器件重大专项申报指南建议。2018～2019年度指南共设置7个专题，均采用竞争性评审、无偿资助方式，资助金额根据专项年度总体安排和项目实际情况给予支持。项目均须产学研联合申报，牵头单位应整合或引进国内外相关领域的优势创新团队，集中力量联合攻关，产业化必须在广东省内。  -4-专题一：6-8英寸导电4H-SiC衬底及外延片产业化关键技术研究（一）研究内容。面向电动汽车、高铁牵引和智能电网等领域对SiC电力电子器件的需求，立足于自主技术创新，研制出满足SiC电力电子器件制造所需的高质量6-8英寸SiC衬底及外延片，突破制约SiC衬底及外延片成品率的关键技术，形成我国具有自主知识产权的6-8英寸低缺陷高品质碳化硅衬底及外延片产业化制备成套关键技术。开展6-8英寸SiC温场精确控制技术和扩径生长技术研究；突破位错、微管、夹杂物等缺陷降低技术；开展6-8英寸SiC单晶材料电阻率控制技术及电阻率均匀性控制技术研究；开展外延片厚度与掺杂浓度均匀性及其控制方法研究；开发6-8英寸SiC单晶生长及外延生长可重复性和稳定性工艺及晶体批量切、磨、抛加工技术。（二）考核指标。通过本项目的实施，形成高质量6-8英寸碳化硅衬底年产能达到8万片，外延片达10万片；6-8英寸碳化硅材料品质达到国际先进水平；形成4件技术标准；申请发明专利20项；发表有国际影响力高水平论文10篇。具体指标如下：1.6英寸碳化硅材料:碳化硅单晶材料直径≥6英寸；衬底微管密度≤0.5个/cm2；衬底电阻率≤30mΩꞏcm；衬底总腐蚀坑密度≤5000个/cm2；衬底翘曲度(Warp)≤45μm；衬底弯曲度（|bow|）≤25μm；  -5-衬底总厚度变化（TTV）≤15μm；衬底局部厚度变化（LTV）≤5μm；衬底表面粗糙度≤0.2nm（测量面积：10μmх10μm）；衬底成品率≥60%，外延片厚度均匀性≤3%，掺杂浓度均匀性≤15%，表面形貌缺陷密度≤0.8cm-2（以外延片厚度等于12μm进行测试）。2.8英寸碳化硅材料:碳化硅单晶材料直径≥8英寸；衬底微管密度≤5个/cm2；衬底电阻率≤30mΩꞏcm；衬底晶片翘曲度（Warp）≤60μm；衬底表面粗糙度≤0.5nm（测量面积：10μmх10μm）；外延片厚度均匀性≤5%，掺杂浓度均匀性≤20%，表面形貌缺陷密度≤1cm-2（以外延片厚度等于12μm进行测试评估）。专题二：高良率SiC外延稳定制造技术以及其在大功率器件的研发和应用（一）研究内容。研究6英寸碳化硅衬底的高均匀度外延生长关键技术，6英寸碳化硅衬底的厚膜外延关键技术，螺旋位错和基面位错向刃位错转化机理，表面亚损伤层的消除和外延层原位掺杂均匀性控制方法，以及碳化硅材料性能对器件电学特性的影响机理，并在1200V碳化硅二极管和MOSFET器件进行验证。面向电力电子设备、电动汽车、新能源发电等领域对SiC大功率器件的迫切需求，立足于自主技术开发与创新，研究基于CVD技术的六英寸SiC外延生长，建立SiC功率器件对SiC外延质量的考核评价方法；研究SiC外延质量对SiC功率器件特性的影响，建立SiC功率器件对SiC外延质量的考核评价方法，提出适用于SiC功率器件批量生产的  -6-外延分类控制方法；研究适用于不同外延质量的SiC功率器件设计与制造方法，形成面向应用的高良率1200V系列化SiC功率器件稳定制造技术；研究SiCSBD和MOSFET器件结构设计技术、高压SiC器件终端保护结构技术，建立SiCSBD和MOSFET元胞结构参数与器件设计参数的解析关系模型，提出Trench型SiCMOSFET器件的关键参数设计方法，实现高压大电流SiCSBD和MOSFET器件的结构参数设计；研究SiCSBD和MOSFET器件的制造工艺技术，开发低开启压降的SiC肖特基接触技术，开发高质量SiC浅槽刻蚀技术和栅氧化技术，开发基于多层外延结构的SiCMOSFET器件工艺集成技术，实现Trench型SiCMOSFET器件的工艺制备，研制碳化硅MOSFET、肖特基二级管、功率模组；研究宽禁带器件工作机理、先进驱动保护技术、高频电能变换核心环节（AC-AC、AC-DC、DC-DC、DC-AC）的新型拓扑结构、周边材料配置、结构工艺设计技术,以及整体技术性能国内领先水平的UPS电源、高压直流电源、矩阵变换器、新能源汽车功率控制器、变频空调、直流充电桩、光伏逆变器等新一代电力电子产品技术解决方案。（二）考核指标。1.碳化硅外延晶片：6英寸，外延厚度≥60
m，厚度均匀性≤2%，n-型掺杂浓度≤8
1014cm-3，p-型掺杂浓度≥1
1019cm-3,掺杂均匀性≤6%，表面形貌缺陷密度≤0.5cm-2，表面粗糙度≤2nm，厚膜外延产能每年5000片以上，1200V器件的外延晶片产能每年  -7-20000片以上。2.碳化硅分立器件：碳化硅二极管和MOSFET芯片容量≥1200V/30A；SiCMOSFET，BVDS≥1200V，VTH(GS)=(3.0~5.0)V，RDS(on)≤32mΩ，工作结温：-55℃~175℃；SiCSBD:反向耐压BVR≥1200V，正向压降VF≤1.5V，正向电流IF=（2~50），工作结温：-55℃~175℃。3.碳化硅智能功率模组（内置双向九开关芯片及驱动保护电路）：1200V/50A、250A、500A。4.良品率：批量生产连续三个批次成品率≥94%，取得超过3个应用领域的应用验证报告。5.成果推广应用：项目成果率先在本省白色家电、交直流电源、移动通信、光伏逆变器、储能、新能源汽车、充电桩等领域5家以上大型骨干企业实现应用；建设基于6英寸碳化硅的“材料+器件+应用”的全产业链生态环境，实现项目成果转化；申请发明专利10项；发表有国际影响力高水平论文3篇；制定行业技术标准3项；项目实施期内新增产值3亿元，利润6000万元。专题三：Si衬底上GaN基功率器件的关键技术研究及应用（一）研究内容。研究8英寸Si衬底上高耐压、高均匀性GaN外延生长技术；研究Si衬底上GaN基高速、低动态导通电阻、高稳定性大电流功率开关器件的设计与产业化制备技术；研究新型常关型平面功率器件的设计与制备方法，提高阈值电压和沟道载流子迁移率；研  -8-究器件动态导通电阻的衰退机制及其控制方法；建立异质结构材料与器件的可靠性评价体系；研究器件的失效机理与可靠性提升技术，特别是与JEDEC与AEC等国际质量标准体系对接；研发适用于高频开关电源的新型电路拓扑结构。（二）考核指标。8英寸Si衬底上GaN异质结构材料方块电阻320Ω/sq，方阻不均匀性3%；Si衬底上GaN基场效应晶体管击穿电压1800V，导通电阻100mΩ，反向漏电10μA（@1000V）；常关型GaN平面功率器件的阈值电压3V，耐压850V。实现开关频率10MHz、转换效率90%、输出功率10W的小型电源模块，建立器件失效模型。项目实施期内，申请发明专利5项，形成月产大于1000片产能。专题四：新型高频低损耗体声波滤波器关键材料与器件研发及应用（一）研究内容。低残余应力的掺杂型宽带FBAR压电材料（AlN为主体）的生长方法、高工作频率FBAR材料和器件制备技术；宽带高频FBAR滤波器拓扑结构设计和杂波抑制方法；移动互联网和物联网业务驱动下的射频前端芯片集成技术；可靠的器件微纳加工工艺与晶圆级封装工艺，提高薄膜厚度（频率）均一性，FBAR谐振频率精确控制技术；研发适用于无线通信领域的带通滤波器、双工器及多功器产品，实现高性能、高可靠性FBAR产品开发，  -9-提高薄膜厚度（频率）均一性。（二）考核指标。6-8英寸硅衬底上AlN（或掺杂AlN）厚度均匀性≤0.1%，残余应力不超过±50MPa；掺杂型（Sc，Mg，Hf…）FBAR掺杂浓度最大可做到20.0%以上，最大相对带宽大于15%；设计出的滤波器工作频率可以涵盖全球规定的5G通信工作频段，插入损耗＜2dB，带外抑制＞40dB，品质因数Q大于1500，有效机电耦合系数大于5%；射频前端接收/发射通路包括功放、天线、射频开关等元件的集成设计、流片，实现高频率、低功耗RF前端芯片SoC。项目实施期内，建立起一条集研发与批量量产于一体的中试线，完成产品在5G移动通讯终端上的示范应用，申请发明专利5项，开发出工作频率在2.5～6GHz的FBAR产品3种以上，新增销售收入5000万。专题五：硅基AlGaN垂直结构近紫外大功率LED外延与芯片研究及应用（一）研究内容。为避免GaN材料对365nm等近紫外波段的强吸收，研究6英寸硅衬底上无裂纹的高质量低Al组分AlGaN厚层材料外延生长和应力调控；开发硅基AlGaN材料中C、Si与Mg等杂质的可控掺杂和近紫外高效量子阱结构设计与外延技术；突破近紫外垂直结构LED芯片的器件结构设计与关键制备技术，获得近紫外大功率LED芯片；研究近紫外大功率LED芯片的陶瓷封装技术，实  -10-现低热阻、高可靠性、高光提取效率的近紫外大功率LED光源。（二）考核指标。6英寸硅基AlGaN（Al组分不低于5%）外延材料的（002）和（102）X光双晶摇摆曲线半高宽均小于350arcsec，碳杂质浓度不高于1×1017cm-3；发光波长在370、385和395nm的硅基近紫外垂直结构LED封装后（芯片尺寸1.1×1.1mm2），在500mA注入电流下的出光功率分别不低于800、900和1000mW，工作电压分别不高于3.6、3.5和3.4V，芯片综合良率分别不低于70%、75%和80%，并实现规模量产和销售与应用示范。项目实施期内，申请发明专利5项，产品销售收入不低于2500万。专题六：功率半导体器件封装材料和模组应用研究及产业化（一）研究内容。研究纳米铜尺寸和形貌的可控制备；实现高效纯化、铜纳米颗粒表面抗氧化及表面功能化处理，提高纳米铜的抗氧化性能；探索纳米铜膏的配方及在第三代半导体封装模组中的低温烧结应用；探索物理法制备纳米铜及其它金属纳米颗粒的装备及工艺。研究新型板级嵌入式功率器件（SiCMOSFET）封装技术；采用纳米铜/银烧结、高效散热、一体化水冷等先进工艺从封装材料、封装结构、界面材料、工艺过程、散热系统等多角度考虑，结合计算机仿真以及实验优化，开发嵌入式功率器件散热方案；研究多种因素对可靠性的影响，开发嵌入式功率器件封装可靠性流程和失效分析方法。  -11-研究低感功率模块封装集成与可靠性评估技术；对模块提取寄生参数电路模型，分析寄生参数对功率模块电磁噪声和安全工作域的影响，优化模块内部布线结构；建立功率模块的多物理场耦合模型，研究功率模块过压、过流、过热等短时间尺度失效模式下互联点、封装材料的物理损伤状况及模块的失效机理；研究功率模块在多物理场作用下的老化失效模式和机理，分析不同材料接触面的热行为时空分布；研究基于工况的功率模块加速老化测试方法和寿命预测方法，最终建立功率模块老化评估指标体系。研究万伏千安模组内部的并联均流、串联均压与同步驱动问题；分析万伏千安功率模块内寄生参数与散热对均流的影响，解决多芯片与多单元并联均流问题；研究多芯片与多单元串联的驱动信号同步问题。模组内部实现多IGBT/FRD芯片串并联控制信号的协调性，各子单元及子系统的一致性；实现模组内部可靠的绝缘方式；考虑实际应用中对于耐高电压、耐腐蚀等需求，研究大功率模组的封装热管理问题，实现模组的长期可靠应用。（二）考核指标。基于研究成果开发的产品不少于