浩瀚全材：突围半导体“缝隙市场”
聚焦新型化合物半导体国产化，率先实现4英寸锑化镓晶圆量产，开发砷化镓、磷化铟、砷化铟等半导体晶圆产品
红外探测、光纤通讯、激光器、太阳能电池等前沿领域，都离不开一种叫锑化镓的战略性半导体材料。
锑化镓的技术门槛很高，市场处于培育上升期，大企业往往因为难以规模化应用而较少涉足。就是在这样的“缝隙市场”，一家仅有30多人的初创企业——青岛浩瀚全材半导体有限公司率先实现4英寸锑化镓晶圆国产化。“锑化镓在国内仅有少量企业生产，而且以2英寸为主，我们的4英寸锑化镓晶圆打破了国外垄断。”浩瀚全材董事长王世锋告诉记者。
补齐国产化短板
谈到芯片，经常能看到一个形象的比喻：点沙成芯。极高纯度的硅在高温高压的环境下熔化和拉晶，生长出晶体，再切割成均匀厚度的晶圆片，经过抛光和清洗，消除表面的缺陷和污染，制成半导体的基础——晶圆。晶圆再经过光刻、蚀刻、电镀等制造工艺，最终加工成为大家所熟知的芯片。
浩瀚全材生产的锑化镓晶圆。
沙子的成分是二氧化硅，制造晶圆的硅却并非来自沙漠、海滩、河床里的沙子，而是开采提纯的工业硅。而且，并不是所有的晶圆都是用硅制成，锑化镓就是一种化合物半导体材料，具有硅材料所不具备的高迁移率等特性。
晶圆材料经历了60多年的技术演进，形成了以硅为主、 新型化合物半导体快速发展的产业格局。第一代半导体是硅、锗等元素半导体材料，锗是最早采用的半导体材料，硅是应用最广的半导体材料；第二代半导体以砷化镓、磷化铟为代表，应用于光电子和微电子领域；第三代半导体是碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体材料，应用于5G通信、新能源汽车等领域；第四代半导体包括氧化镓、金刚石、氮化铝等超宽禁带半导体材料以及锑化镓、锑化铟等超窄禁带半导体材料。
《中国锑化镓材料行业市场深度评估及2023-2027年投资可行性咨询报告》显示，锑化镓是第四代半导体材料，技术门槛非常高，再加上资金、技术、人才等方面的限制，我国锑化镓材料企业很少。
作为一名钢铁行业“老兵”，王世锋曾经辗转多家钢铁企业担任高管，从事过氧化镁半导体材料生产，积累了丰富的管理经验。在接触锑化镓之后，他敏锐地发现这种材料广泛应用于安防、医疗、工业等领域，但在国外禁售之后，国内相关半导体器件的研制严重受制于人。
王世锋决定投身这一国产化薄弱环节，开始锑化镓创业之路。2020年12月，他携半导体领域技术团队成立浩瀚全材。经过一年多的攻关，浩瀚全材第一片2英寸锑化镓晶圆正式下线，很快得到了客户认可。
率先量产4英寸锑化镓
晶圆是制造半导体的基础材料，决定着终端产品的质量和性能。一般而言，晶圆直径越大，工艺越先进，芯片生产成本越低。一片4英寸晶圆的表面积大约是一片2英寸晶圆的4倍，也就是说在相同良率下，4英寸晶圆的生产效率是2英寸晶圆的4倍左右。
2022年6月，王世锋带领技术团队由2英寸锑化镓晶圆向3英寸、4英寸锑化镓晶圆发起冲击。
晶圆在制造过程中极易产生划痕、污渍等缺陷，需要高精度的加工和控制。哪怕是一粒灰尘也会造成重大影响，影响后续产品制造的良率。在浩瀚全材，最低标准洁净度的车间也是万级，最苛刻的手套箱洁净度达到10级，大大高于医院手术室的标准。所有加工设备也不是买来就能用，都要经过不断调整优化。
用王世锋的话来说，生产晶圆不仅要和灰尘、温度、湿度、静电等做斗争，还要和肉眼根本看不到的划痕，甚至是氧化做斗争，“一大难点是在500倍显微镜下才能看到的划痕，晶圆表面稍微有一点点划痕，整片就报废了；另一大难点在于有控制的氧化，既要通过氧化工艺主动在晶圆表面形成一层保护膜，又要在运输储存过程中使用高纯度氮气来防止过度氧化。”
锑化镓质地较软，直径越大，生长出的晶体在冷却过程中就越容易爆裂，在后道抛光工艺中也越容易产生划痕等缺陷，浩瀚全材用了近4个月时间才攻克这些难点。据介绍，浩瀚全材的4英寸锑化镓晶圆良率已经达到93%，远超行业内水平。
前不久，浩瀚全材接到首笔几百片晶圆的订单，这也是目前能公开查询到的首个国产4英寸锑化镓晶圆订单。由此，中国企业购买这种材料再也不用“看别人脸色”了。
值得一提的是，自今年8月1日起，中国对镓、锗相关物项实施出口管制措施，其中就包括锑化镓。这也从侧面说明国内锑化镓产业已经有了一定的影响力。
半导体产业不能赚快钱
在刚刚结束的第九届“市长杯”·海创汇·中小企业创新创业大赛上，浩瀚全材的“全球二类超晶格红外焦平探测芯片关键材料——GaSb晶圆的领航者”项目一举获得二等奖，让现场很多专家眼前一亮。
这样一家做半导体前端材料的初创企业为何落户青岛？
其实，王世锋最初也考虑过其他城市，其中产业链配套最好的是苏州，半导体设备相关企业特别多。但他最终选择了青岛，一方面是因为在青岛钢铁集团工作期间就把家安在了青岛，另一方面也因为亲身感受到青岛营商环境的持续优化，特别是胶州市为项目落地提供了高标准厂房和房租减免政策。
浩瀚全材的生产车间。
半导体产业具有典型的长周期、高投入特点，需要源源不断投入资金以开发产品、更新设备、改善工艺等。仅量产4英寸锑化镓晶圆，浩瀚全材就累计投入2000多万元研发费用。除了锑化镓，公司还在开发砷化镓、磷化铟、砷化铟等半导体晶圆产品，研发资金压力较大。
与此同时，每一代半导体材料的应用场景各不相同，彼此之间并非替代的关系。硅迄今仍然是产量最大、应用最广的半导体材料，90%以上的半导体用硅制作，身为小众材料的锑化镓处于起步上升阶段。目前，浩瀚全材已具备年产1万片以上4英寸锑化镓晶圆的能力，但下游市场还没有充分打开，总体上处于盈亏平衡状态。
“半导体产业赚钱非常难，要沉得住气，想赚快钱是不利于产业长远发展的。”王世锋建议，青岛可以通过专项科研经费支持或引入产业基金投资等形式，加大对民营高科技企业的研发支持力度，为关键创新项目提供资金保障。（青岛日报/观海新闻记者 周晓峰）
青岛日报2023年10月11日8版
责任编辑：程雪涵
