9月7日，“破界·啟新——碳化矽前沿技術分享暨碳化矽超級結MOSFET成果發佈會”在上海舉行。本次發佈的核心成果，源自瑤芯微（上海）電子科技股份有限公司（簡稱“瑤芯微電子”）與中國科學院院士、西安電子科技大學教授郝躍團隊在碳化矽超級結技術上的深度產學研合作。
雙方歷時五年聯合技術攻關，協同晶圓代工廠芯聯積體電路製造股份有限公司（簡稱“芯聯集成”）進行工藝平臺開發，率先實現該前沿技術從實驗室走向產業化的突破。現場，瑤芯微電子正式發佈全球首款碳化矽超級結MOSFET(金屬氧化物半導體場效應電晶體）產品。此次全球首發，意味著中國廠商在下一代碳化矽技術競爭中，邁入從“跟隨對標”走向“原創突破”的全新階段。
碳化矽前沿技術分享暨碳化矽超級結MOSFET成果發佈會現場
一個對戰略產業發展至關重要的百億美金賽道
功率器件是電能轉換、控制與調節的核心晶片，是電力電子裝置的基礎。從材料構成角度來說，功率器件主要包括利用矽基材料以及寬禁帶半導體材料（又稱“第三代半導體材料”，包括碳化矽以及氮化鎵）製備的產品。
碳化矽功率器件具備高耐壓、低損耗、耐高溫以及高頻特性的優勢，是實現電能高效轉換的核心載體。目前已成為新能源汽車、數據中心800V供電架構、光伏儲能、特高壓輸電等戰略產業發展的核心關鍵器件。
根據市場調研機構Yole集團的數據，2025年全球碳化矽功率器件市場規模約37億美元，預計到2030年將突破100億美元。市場競爭格局方面，目前碳化矽功率器件由海外公司主導，佔據了全球約80%的市場份額。中國作為全球最大的汽車、新能源、高端製造等電力電子應用國家，迫切需要本土的功率器件公司來支撐戰略產業的穩健發展。
現階段，碳化矽功率器件主要包括平面型MOSFET以及溝槽型MOSFET。為進一步提升器件的功率密度與轉換效率，超級結MOSFET技術被業界公認為下一代突破方向，從理論上為高壓、超高壓功率器件開闢出大幅提升器件性能的可行路徑。但由於電荷平衡控制極難、工藝精度要求極高，該技術長期停留在實驗室研究階段。國內外科研機構和企業投入了大量資源進行技術攻關，但尚未出現具備產業化價值的成果。
瑤芯微電子與郝躍院士團隊自2021年開展聯合技術攻關，並協同晶圓代工廠芯聯集成進行工藝平臺開發，在碳化矽超級結技術上實現了原創突破。
碳化矽超級結MOSFET產品
產學研聯合攻關，啃下超級結這塊“硬骨頭”
“最近幾年，無論學術界還是產業界都亟需尋找下一個10年的技術路線，碳化矽超級結技術雖然已被廣泛研究，但面臨的很多技術瓶頸仍未攻克。歷經艱苦攻關，我們在接二連三的問題中迎難而上，找到瞭解決方案並最終實現了產業化落地。”瑤芯微電子創始人、董事長郭亮良博士說。
郭亮良畢業於西安電子科技大學微電子學和固體電子學專業，師從郝躍院士，有近20年半導體從業經驗。2019年，郭亮良創辦瑤芯微電子，深耕功率器件和感測器晶片領域。
在產品研發以及市場推廣過程中，瑤芯微電子團隊發現，客戶對於器件功率密度提升、高溫壽命耐久的需求越來越高，碳化矽超級結成為亟需攻克的技術方向。由此，瑤芯微電子與郝躍院士團隊展開聯合攻關。
“在求學和創業的過程中，郝老師一直給予我教導和建議，比如，建議提前佈局第三代半導體，通過產學研合作開展下一代技術開發等。郝院士團隊的碳化矽專案帶頭人賈仁需教授是我的同學，在該領域具有深厚的學術造詣。我們的合作非常順暢，學術端的理論深度和產業端的工程能力形成了很好的互補，讓技術攻關少走了很多彎路。”郭亮良說。
他回憶稱，過去五年中，郝院士團隊和瑤芯微電子團隊緊密配合，在理論模型建立、器件原型設計、工程落地、工藝調試與產品化等環節聯合攻關。技術問題隨時出現、研討隨時進行，最終，工藝節點逐項突破，碳化矽超級結MOSFET器件完成從實驗室技術到產品化的跨越，器件綜合性能實現突破性提升。
隨著產學研合作的不斷深化，瑤芯微電子與西安電子科技大學陸續建立了“車載碳化矽功率器件聯合實驗室”、“產學研合作基地”以及“研究生實踐教育基地”，實現技術創新、產業應用與人才培育的深度融合。
瑤芯微電子工程師在實驗室裏監測數據
發佈會現場，賈仁需站在全球視野分享了對碳化矽技術發展趨勢的洞察。在回顧攻關歷程時，他指出，碳化矽超級結器件研發面臨三大全球性難題。一是“算不准”，理論模型與實際工藝難適配；二是“找不到”，複雜結構導致多區域電場分佈難協同；三是“做不出”，工藝波動導致結構設計難實現。
正是這三重困境長期制約著該技術的產業化進程。而通過產學研團隊的深度協同，聯合晶圓代工廠進行工藝開發，這些瓶頸被逐一攻克，最終實現了從“實驗室概念”到“工程化產品”的跨越。
西安電子科技大學教授賈仁需分享碳化矽前沿技術
“在微米世界裏蓋高樓”，超級結如何大幅提升產品性能
超級結技術到底是什麼？瑤芯微電子聯合創始人、CTO陳開宇打了個比方：功率器件類似一座電閘，閘門打開時電流需要寬大順暢的通道，減少損耗；閘門關閉時，要靠半導體材料扛住高壓電流，防止擊穿。通道越寬，高壓越容易橫向滲透擊穿兩側材料；而通道越窄，電流阻力變大，損耗增加，轉換效率變低。
超級結技術的思路是，在主通道兩側建造一排排交替排布的”承重柱”——P型柱與N型柱。當器件承受高電壓時，原本集中的電場被這些柱子共同分擔、相互抵消，電場分佈趨於均勻。主通道無需收窄，就能扛住更高電壓。
“但這絕不是簡單‘多加幾根柱子’，而是一架精密天平：P柱與N柱兩側的電荷必須精准平衡，哪怕極小偏差，也會打破電場分佈，影響器件耐壓和性能。”陳開宇說。
瑤芯微電子聯合創始人、CTO陳開宇進行產品介紹
理論聽起來巧妙，真正要把這顆指甲蓋大小的晶片造出來，卻是在微米尺度上的一場極限挑戰。陳開宇把製造過程形容為“在微米世界裏蓋一棟高樓”：
超級結結構需多層外延生長，一層一層疊加，每層厚度、摻雜、位置都必須精准，底層偏差會逐層放大。碳化矽材料硬度高，雜質難以擴散，團隊採用兆電子伏特量級高能鋁離子注入，把離子加速到極高能量後精准打入材料內部，就像隔著厚牆把種子送到指定位置。
更難的是電荷平衡的“安全區”設計。晶片製造不可能嚴絲合縫，外延濃度、注入劑量、結構尺寸都有細微波動。設計不能只瞄準一個“完美點”，而要找到一塊既高性能、又容得下工藝偏差的“安全區”。高能離子注入決定深層結構“做得准不准”，電荷平衡決定“做出來能不能用”，兩者必須匹配。
經過五年努力，最終換來一組硬數據：該器件實現1635V超高耐壓，室溫和175°C高溫下比導通電阻低至1.27 毫歐·平方釐米（電流密度較商業化國際頂級水準提升50%）和1.5 毫歐·平方釐米（高溫電流密度較商業化國際頂級水準提升166%）。25°C到125°C導通電阻實現零溫漂，175°C溫度係數小於1.2倍，相較平面或溝槽技術1.8至2.2倍的溫度係數取得了實質突破。器件BFOM高達2.1吉瓦每平方釐米（功率密度提升了81%），有效兼顧超低導通損耗與高頻高效開關特性。
該器件逼近碳化矽材料的一維物理極限，將1200V碳化矽功率器件的綜合性能推升至新的高度，實現了從國產替代到原研創新的重大突破。
瑤芯微電子聯合創始人、CTO陳開宇進行產品介紹
從跟隨到原創，中國碳化矽開啟新篇章
“瑤芯微電子推出的1200V碳化矽超級結MOSFET，屬於全球範圍內率先完成產品化驗證的碳化矽超級結器件。”郝躍院士評價說。
該器件的落地，需攻克多層外延厚度與摻雜精度控制、兆電子伏特量級高能離子注入實現深層P型區製備、窄元胞結構設計，以及核心的電荷平衡魯棒性設計等關鍵技術——需將理想電荷平衡點拓展為可容忍工藝波動的設計安全區間，同時完成與之匹配的終端結構開發，實現設計與製造工藝的高度協同。
該產品的深層意義在於技術發展方式的轉變。過往碳化矽功率器件的技術路線與產品規格由海外企業主導，國內多圍繞成熟器件結構開展國產替代。超級結屬於下一代器件結構，國內科研與產業團隊將原理性技術突破轉化為工程化產品，意味著我國已具備參與下一代功率器件技術路線競爭的能力。國產替代是現階段基礎任務，掌握原創器件結構、參與產品定義，則是產業邁向更高水準競爭的重要標誌。
目前，瑤芯微電子圍繞新能源汽車全場景、數據中心800V供電架構全鏈路等核心應用領域，構建了功率器件系統級解決方案。公司的功率器件產品已進入多家全球領先的汽車電子以及AI數據中心電力電子客戶，深度綁定全球頭部客戶群，在多家頭部客戶中實現了國產替代。並且，公司精准把握碳化矽晶圓從6英寸向8英寸升級的關鍵窗口期，在國內率先實現8英寸碳化矽MOSFET量產。
陳開宇在發佈會現場指出，在應用端，碳化矽超級結技術帶來的不只是器件性能的提升，更是系統級的變革。首先，顯著提升器件在高溫下的功率密度，帶來模組設計和電路架構的變革，助力新能源汽車主驅、車載電源、AI伺服器電源等應用。其次，突破3300V以上高壓大電流器件的技術瓶頸，實現在數據中心固態變壓器以及電網裝備等場景中的應用。最後，晶片面積顯著縮小，疊加8英寸晶圓製造的優勢，可以大幅降低單晶片成本，為客戶提供更高性價比的產品。
在量產方面，瑤芯微電子已與晶圓代工廠芯聯集成緊密合作，首批客戶將面向對功率密度要求嚴苛的數據中心高壓直流供電系統以及AI伺服器電源等領域。
“公司創立之初，我們的願景就是成為國際一流的半導體企業。郝老師一直鼓勵我要勇攀高峰、追求卓越，堅持做難而正確的事情，這種追求已經刻進團隊骨子裏。”郭亮良說。
如今，碳化矽超級結正開啟全新的技術篇章。海外頭部企業均將碳化矽超級結定位為2027年至2031年的下一代主力技術路線。此次國產碳化矽超級結MOSFET的產品化落地，意味著在下一代技術起跑線上，中國廠商已占得先機。