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單晶爐是直拉法制備硅單晶的關(guān)鍵技術(shù)裝備，所制備的硅單晶主要用于集成電路元件和太陽能電池。在我國，以單晶爐為代表的晶體生長設(shè)備一直存在核心技術(shù)缺乏的問題，高端產(chǎn)品均為國外公司所壟斷，在很大程度上制約了我國超大規(guī)模集成電路和太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近日，西安理工大學(xué)和北京有色金屬研究總院承擔(dān)的“TDR－150型單晶爐”項目通過驗收，填補了國內(nèi)12英寸無位錯硅單晶生長設(shè)備的空白，為我國集成電路向低成本、大直徑發(fā)展提供了巨大推動力。
2007年5月24日，國家863計劃超大規(guī)模集成電路（IC）配套材料重大專項總體組在北京組織專家對西安理工大學(xué)和北京有色金屬研究總院承擔(dān)的“TDR－150型單晶爐（12英寸MCZ 綜合系統(tǒng)）” 完成了驗收。這標志著擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大尺寸集成電路與太陽能用硅單晶生長設(shè)備，在我國首次研制成功。驗收專家組評價TDR－150型單晶爐性能穩(wěn)定可靠，運行平穩(wěn)，填補了國內(nèi)12英寸無位錯硅單晶生長設(shè)備的空白，對我國集成電路產(chǎn)業(yè)向低成本的大直徑、超大規(guī)模發(fā)展起到積極促進作用，同時可以滿足光伏產(chǎn)業(yè)提供太陽能級硅單晶生長需要，市場潛力巨大。
銳意創(chuàng)新百“煉”成“晶”
“單晶爐是直拉法制備硅單晶的關(guān)鍵技術(shù)裝備，所制備的硅單晶主要用于集成電路元件和太陽能電池。在過去，我國以單晶爐為代表的晶體生長設(shè)備一直存在核心技術(shù)缺乏的問題，高端產(chǎn)品均為國外公司所壟斷，在很大程度上制約了我國超大規(guī)模集成電路的發(fā)展。因此，有關(guān)這一課題的研發(fā)也成為幾代學(xué)人不懈努力渴望攻關(guān)的方向。”西安理工大學(xué)校長、“TDR－150型單晶爐”課題負責(zé)人劉丁教授在接受中國知識產(chǎn)權(quán)報記者采訪時指出。
據(jù)劉丁介紹，硅單晶作為現(xiàn)代信息社會的關(guān)鍵支撐材料，是目前世界上最重要的單晶材料之一，也是發(fā)展計算機與集成電路的主要功能材料。發(fā)達國家國民經(jīng)濟GDP增長部分的65％與IC工業(yè)相關(guān)，而全球90％以上的IC都要采用硅材料。而單晶爐是IC工業(yè)前工序制備硅單晶的電子專用設(shè)備，是現(xiàn)代制造技術(shù)與晶體生長工藝技術(shù)完美結(jié)合的體現(xiàn)，是新一代集機、電、光、儀、計算機一體化的裝備，對電子工業(yè)特別是微電子工業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻。
從2003年起，在世界部分國家硅單晶已經(jīng)小有成就而中國曙光方露的壓力下，西安理工大學(xué)工廠與北京有色金屬研究總院毅然承擔(dān)了國家高技術(shù)研究計劃（863計劃）TDR－150型單晶爐課題的研究和攻關(guān)任務(wù)。課題組圍繞目標，在進行了大量理論研究、綜合設(shè)計和單元實驗的基礎(chǔ)上，在機械總體設(shè)計、自動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、制造工藝設(shè)計等方面取得了多項創(chuàng)新性成果。其中，發(fā)表學(xué)術(shù)論文5篇、申請專利8項、制定行業(yè)標準1部。歷經(jīng)3年努力，在對國外同爐型產(chǎn)品進行全面細致消化和吸收的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際，終于完成了從整機設(shè)計到樣機制造的全過程，研制成功了 TDR－150型單晶爐，并成功研制了直徑12英寸無位錯硅單晶。
“課題組所完成的TDR－150型單晶爐性能穩(wěn)定可靠，運行平穩(wěn)，填補了國內(nèi)12英寸無位錯硅單晶生長設(shè)備的空白。已研制成功的設(shè)備可用于大尺寸電子級硅單晶和高檔太陽能電池硅單晶的生產(chǎn)，并具有很高的性價比。依托單位已具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力。”在驗收了課題后，以清華大學(xué)自動化系教授、博士生導(dǎo)師楊耕為組長的驗收專家組做出了高度評價，并在863計劃課題驗收結(jié)論意見表上鄭重簽字。
破冰國際壟斷漸入產(chǎn)業(yè)化佳境
據(jù)直接參與該課題研發(fā)的工程陳巨才介紹，目前硅圓片的主流是8英寸（全球有200余條硅圓片生產(chǎn)線），但是從全球2004年的晶圓片投資可以看出，北美、歐洲、日本、韓國及臺灣地區(qū)幾乎是清一色的12英寸硅圓片工藝。2006年12英寸硅圓片生產(chǎn)線計劃再建31條到2010年全球接近90條（每條線投資20億～30億美元），而我國目前只有北京中芯國際、無錫海力士ST兩條。在8英寸線及12 英寸線上的硅片的供應(yīng)商幾乎全部是國外公司。國產(chǎn)單晶爐總體技術(shù)水平只能滿足國內(nèi)6英寸及6英寸以下生產(chǎn)線硅片生產(chǎn)要求，而且國產(chǎn)單晶爐的研發(fā)始終保持與我國IC同步發(fā)展的態(tài)勢，其總體性能與國外同類爐型相比，基本相當。而且，限于硅材料研究、晶體生長工藝技術(shù)及相配套的關(guān)鍵材料、檢測手段等制約，我國集成電路向低成本的大直徑、超大規(guī)模發(fā)展之路在很長時間之內(nèi)陷入困境。TDR―150型單晶爐生長12英寸硅單晶的研發(fā)成功則為打破國外產(chǎn)品壟斷的局面開啟了破冰之旅。
“本次研發(fā)的產(chǎn)品打破了西方工業(yè)發(fā)達國家的技術(shù)封鎖與壟斷，使我國能夠開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵制造技術(shù)與單晶爐生產(chǎn)設(shè)備，填補了國內(nèi)空白，初步改變了在晶體生長設(shè)備領(lǐng)域研發(fā)制造受制于人的局面。”西安理工大學(xué)工廠黨委書記張存庫在接受中國知識產(chǎn)權(quán)報記者采訪時指出，“該課題的完成對我國微電子和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了促進作用。本次研發(fā)的設(shè)備性價比高，市場競爭力強。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大好局面下，該項目為企業(yè)培育了新的經(jīng)濟增長點，TDR－150型單晶爐的產(chǎn)業(yè)化將給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益，企業(yè)有望在可持續(xù)發(fā)展的道路上愈走愈寬闊。從社會效益方
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