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当年高高在上的碳化硅是怎么变成「地摊货」的(二)
2概念,全链条科技创新



科学技术是第一生产力。每一次工业革命都是由科学革命带来的知识结构革新而发生的,最终实现技术在社会上的广泛应用。


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光纤传播信息


例如,信息技术革命的发展就是由晶体管、巨磁阻(GMR)存储、光纤、液晶等全链条科技创新的实现和不断迭代构建起来的。全链条科技创新涉及科研机构、企业、政府乃至整个社会,目标是要形成自主关键核心技术,乃至形成技术标准体系。


全链条科技创新的能力及效率是衡量创新型社会生态的重要标准,周期越短意味着整合创新资源的能力越强、效率越高。


为早日实现更多的“中国创造”,整合创新资源、营造创新生态并提高效率尤为重要。从趋势来看,全链条科技创新的前半段主要是基础研究(绝大多数还是分散在科研院所和大学等机构),目标清晰之后转移到以企业为主的开发载体上去。


所以物理所在很多科研难点上早早布局,争取在全链条科技创新的前半段做到世界前列。其中就比如物理所的碳化硅研究。



图片3启动,物理所碳化硅基础研究



1997 年,中科院物理所正式布局 SiC 晶体研究,由陈小龙研究员牵头。当时相关文献不多,技术细节更是一无所知,但依据晶体学和相图方面的基础,陈小龙率领晶体生长课题组从以激光晶体为主转向以 SiC 晶体生长为主的研究工作。当时,很多先进技术都被发达国家垄断,对我国实行严格的技术保密和封锁,甚至产品禁运,而 SiC 晶体也在其列。所以可想而知当时遇到的困难有多大。


1999 年,陈小龙任晶体生长研究组组长,对 SiC 晶体生长进行了大量系统的研究。作为目前世界最大的 SiC 材料和器件供应商,美国 CREE 公司从 20 世纪 80 年代初就开展了 SiC 材料的研究。相比而言,物理所开始 SiC 晶体研究的时间晚了 10 余年,但在国内而言还是属于较早的。


陈小龙带领研究组突破了关键的扩晶技术,成功生长出了高质量的 2 英寸 4H 和 6H 晶型的 SiC 单晶。通过团队长周期的基础研究,最终攻克了 SiC 单晶生长中的种种难题。此外,研究团队在 SiC 材料新效应、新物性方面也开展了大量基础研究,包括 SiC 中的掺杂和缺陷在诱导本征磁性起源中的作用、通过缺陷工程调控半导体磁性、4H SiC 晶体的非线性光学效应、利用 SiC 制备大面积高质量的石墨烯及 SiC/石墨烯复合材料,并将 SiC 的应用扩展到了光催化领域。


目前,物理所在 SiC 晶体领域的研究成果已获授权中国发明专利 21 项、PCT(专利合作条约)国际专利 6 项,参与起草 SiC 晶体相关国家标准并已实施 3 项,在国际学术刊物上发表论文 30 余篇。



图片4升级,物理所碳化硅的产业之路



为实现 SiC 晶体的产业化,2006 年 9 月物理所以 SiC 晶体生长相关专利技术出资成立了北京天科合达蓝光半导体有限公司(以下简称“天科合达公司”),在国内率先开始 SiC 晶体产业化工作。2012 年,公司开始量产 4 英寸 SiC 晶体,2018 年开始量产 6 英寸 SiC 晶体。


在这个过程中,物理所与天科合达公司之间形成了闭环的全链条研发小生态,双方共同承担各类科技项目 10 项,研发经费达到了约 2.1 亿元人民币。这种小生态不仅有利于产学研合作研发和解决技术难题,而且可以弥补初创企业研发投入能力的不足。


SiC 晶体产业化是一个漫长的过程,其中如何提高成品率、优品率及达到即开即用是面临的至关重要的攻关难题。天科合达公司在生产中碰到的技术和工艺问题时,同步反馈到物理所。物理所相关研究团队投入力量从基础研究角度对出现的问题根源进行深入分析和实验,提出可能的解决方案再应用于生产,从而形成研发和生产良好的反馈互动。成品率、优品率问题的提出完全源自企业研发的视角,此时整个 SiC 全链条研发小生态的重点已经从实验室追求新奇的科学视角转移到满足市场需求的视角。天科合达公司现任常务副总经理、技术总监和生产总监,是陈小龙研究组的毕业生,具有企业家精神的研究生的培养和输出,对于全链条科技创新模式的实现非常重要。



2006—2016 年,物理所团队坚持基础研究,又先后在 SiC 晶体生长相关方面取得了 24 项专利。2019 年底上述专利全部转让至天科合达公司,为其后续发展注入了新的动力。在 SiC 全链条科技创新中,新技术在研究所与企业共同构建的小生态内不断地闭环迭代。


截至 2020 年 1 月31日,我国科创板申报企业累计 209 家,其中 92 家获得审核通过,平均上市周期为 13.68 年。这 92 家科创板企业中,上市周期(公司注册到上市的时间)20 年以上的达 6 家,占 7%;15—20 年的 23 家,占 25%;10—15 年的 36 家,占 39%;5—10 年的 27 家,占 29%。天科合达公司从 2006 年设立到 2017 年公司实现首次盈利经历了 11 年时间。2019 年底,天科合达公司成为国内和亚洲地区最大的 SiC 供应商之一。



比较而言,等到企业再成熟,这个周期将是一个接近平均周期 13.68 年的结果。当然与巨磁阻存储、光纤通信、蓝光LED和锂离子电池等相比,整个 SiC 半导体行业的应用广度和深度还有很大差距,相比 19—43 年的周期也较短。但是,按全链条科技创新的模式统计,SiC 研究的周期已达到了 35 年。



图片5启示,国立研究机构的创新



综上所述,无论科技创新和推广创新采取怎样的范式进步,最终都会体现在全链条科技创新的效率上。效率越高,周期越短。


如果能够充分调动科学家和企业家这两类创新主体发挥主观能动性,实现无缝融合,就能有效缩短周期。所以碳化硅的产业之路也为国立科研机构参与全链条科技创新带来了许多启示:


1.全链条科技创新的过程很长,要完成从科学研究到市场推广的全过程,需要适应从科研文化向市场标准的转变


2.就现阶段而言,由于全链条科技创新壁垒高、风险大、周期长,尤其涉及前期的基础研究和应用基础研究,国立研究机构需继续发挥重要作用


3.对于国立研究机构中已经有明显应用导向的研究单元,需要更积极地适应市场生态,这些研究单元内的研究生教育要强调企业家精神的培养


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点击次数:283  更新时间:2023-03-18  【打印此页】  【关闭