耗资1800万美元，美国阿肯色大学将建国家级SiC研究制造中心「美国阿肯色理工大学好不好」

在美国国家科学基金会（NSF）提供的1800万美元资助和美国陆军研究实验室的额外支持下，阿肯色大学开始建设一个国家级碳化硅（SiC）研究和制造中心——据该校官方网站报道。

该项目的第一阶段是对现有洁净室实验室的扩建，将于明年开始运营。负责该项目的杰出教授Alan Mantooth表示，新建筑预计将在2025年1月完工，届时将全面启用MUSiC（Multi-User SiC）研究和制造设施。

该设施将解决美国国内碳化硅集成电路生产不足的问题，因为现有的美国制造设施仅限于内部使用。阿肯色大学的这个新的开放式设施将是美国第一个类似的设施，为外部工程研究人员提供了原型制作、演示和设备设计的机会。

美国国家科学基金会的资金将用于基础设施、设备和技术安装，以及支持人员和研究人员。通过将该大学数十年的碳化硅研究经验与先进设备相结合，该设施旨在生产可在极端温度下运行的先进集成电路，用于更轻、更快、更节能的电子系统。

该设施的潜在应用范围广泛，从军事和工业系统到汽车电子、重型运输、建筑设备，甚至地热和太空探索等领域。除了推动研究进展，该设施还将在培养下一代半导体研究人员和工程师、让学生接触高需求的科学技术领域方面发挥关键作用。

该项目的联合首席研究员包括杰出的物理学教授Greg Salamo、电气工程副教授Zhong Chen、电气工程系商务和运营经理Shannon Davis，以及来自德克萨斯州拉伯克（Lubbock）的X-FAB公司碳化硅技术前任主管John Ransom。Ransom将负责MUSiC研究和制造设施的指导工作。

总体而言，该国家设施的建立可能会对国家产生重大影响，将推动美国走在碳化硅半导体设计和制造的前沿，并为各个行业推进改变游戏规则的技术。

在接受EE Times采访时，Mantooth教授表示，在阿肯色大学建立该设施将通过以下几种方式解决美国目前IC生产领域的空白：

人才培养：

MUSiC设施将培养下一代半导体研究人员和工程师，提供硅和碳化硅半导体技术的教育和专业知识。这将有助于培养一支熟练的人才队伍，支持半导体制造业的在岸外包，弥补过去国内供应商离岸生产造成的人才缺口。

小批量制造能力：

该设施将提供价格合理的碳化硅集成电路和功率器件的小批量制造能力。这将填补美国制造业中的一个空白，为研究人员、初创企业和其他公司提供平台，进行新设备、电路、设备和制造流程的试验和评估，超越通常由大学实验室提供的样品级产量。虽然不是为了大批量生产，但其目标是实现与大批量制造商的工艺兼容性，使研究人员在向商业化方向迈进时能够更轻松地从小批量原型转向高批量生产设施。

加速研发：

该设施将成为大学和行业研究硅碳化物制造和器件技术方面的关键桥梁。它将促进技术从理念到概念验证再到功能原型的转变，释放创造力，推动硅碳化物研究界的创新。这个环境旨在具有包容性，邀请来自美国和国际的研究人员合作，为该领域的进展做出贡献。

从历史上看，就碳化硅作为完全发展的半导体而言，主要的挑战是良率和大规模制造。虽然工程师已经完善了硅材料的质量，实现了少量缺陷的大规模制造，但碳化硅晶片在这方面还面临着限制。

“由于需要处理缺陷，8英寸直径的碳化硅晶圆的开发工作仍在进行中，这使得碳化硅的制造成本相对于硅来说更高，”Mantooth表示。“然而，随着技术的进步和规模经济效益的实现，预计碳化硅将变得更具成本效益，进一步推动其在各种应用中的采用。”

根据Mantooth的说法，与使用硅制造的IC相比，设计和制造碳化硅集成电路面临着独特的挑战。在硅中，掺杂剂可以在适当的工艺温度下扩散，从而能够精确控制结深度、载流子密度和迁移率。然而，在碳化硅中，掺杂剂的流动性较差，其扩散受限，需要多次注入才能实现所需的掺杂分布和深度。这导致了额外的步骤和更高的成本。

虽然对于碳化硅和硅来说，许多制造步骤仍然相似，但要适应碳化硅的独特材料特性，就需要更高温度的处理，并且需要开发替代技术来解决其局限性。例如，注入后对晶片进行退火需要极高的温度，可达到1850摄氏度（3362华氏度）。

“尽管面临这些挑战，但在阿肯色大学建立一个国家级的碳化硅研究和制造中心将加速碳化硅集成电路的进展，并为各个领域的尖端技术发展做出贡献，”Mantooth表示。

应用程序和后续步骤

基于碳化硅的器件和集成电路在军事和工业应用中具有显著优势。在军事领域，碳化硅被用于混合动力或全电动车辆、无人机、雷达系统、武器装备、船岸电网连接等方面。其优越的性能，如高温操作和更快的开关速度、更低的损耗，使得基于碳化硅的器件非常适合要求严苛的军事应用。

在工业领域，基于碳化硅的器件可用于监测工业过程和设备的健康情况，以及对化学和电气操作等高温过程进行工业控制。例如，碳化硅被用于天然气涡轮机的健康监测，还可以应用于飞机发动机、柴油机和其他系统的感知和控制目的。

在碳化硅领域的持续研究工作有望取得突破和进展。为获得更高质量的原材料在新设备、新材料和晶片开发工艺方面进行的创新特别令人兴奋。

“通过新材料和晶圆开发工艺获得更高质量的原材料是令人兴奋的，”Mantooth表示，“碳化硅电子生态系统从制造到设计、CAD工具和产品的发展是令人震惊的。”

展望未来，碳化硅半导体技术的发展预计将遵循两条道路：碳化硅将在其卓越性能带来显著系统级优势的应用中取代硅，在各个行业得到广泛应用，如Mantooth所述。此外，碳化硅将开辟硅基解决方案无法覆盖的电子渗透新领域，并创造新的市场和可能性。

碳化硅半导体技术的发展和广泛应用预计将彻底改变各个行业，实现更高效、高性能的电子系统，同时为该领域的新型应用和进展铺平道路。