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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(yáng)能電池。在我國(guó)，以單晶爐為代表的晶體生長(zhǎng)設(shè)備一直存在核心技術(shù)缺乏的問(wèn)題，高端產(chǎn)品均為國(guó)外公司所壟斷，在很大程度上制約了我國(guó)超大規(guī)模集成電路和太陽(yáng)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(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)12英寸無(wú)位錯(cuò)硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備的空白，為我國(guó)集成電路向低成本、大直徑發(fā)展提供了巨大推動(dòng)力。
2007年5月24日，國(guó)家863計(jì)劃超大規(guī)模集成電路（IC）配套材料重大專項(xiàng)總體組在北京組織專家對(duì)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(yàn)收。這標(biāo)志著擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大尺寸集成電路與太陽(yáng)能用硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備，在我國(guó)首次研制成功。驗(yàn)收專家組評(píng)價(jià)TDR－150型單晶爐性能穩(wěn)定可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)12英寸無(wú)位錯(cuò)硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備的空白，對(duì)我國(guó)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(jìn)作用，同時(shí)可以滿足光伏產(chǎn)業(yè)提供太陽(yáng)能級(jí)硅單晶生長(zhǎng)需要，市場(chǎng)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(yáng)能電池。在過(guò)去，我國(guó)以單晶爐為代表的晶體生長(zhǎng)設(shè)備一直存在核心技術(shù)缺乏的問(wèn)題，高端產(chǎn)品均為國(guó)外公司所壟斷，在很大程度上制約了我國(guó)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?！蔽靼怖砉ご髮W(xué)校長(zhǎng)、“TDR－150型單晶爐”課題負(fù)責(zé)人劉丁教授在接受中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)記者采訪時(shí)指出。
據(jù)劉丁介紹，硅單晶作為現(xiàn)代信息社會(huì)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(jì)算機(jī)與集成電路的主要功能材料。發(fā)達(dá)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)GDP增長(zhǎng)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(zhǎng)工藝技術(shù)完美結(jié)合的體現(xiàn)，是新一代集機(jī)、電、光、儀、計(jì)算機(jī)一體化的裝備，對(duì)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(xiàn)。
從2003年起，在世界部分國(guó)家硅單晶已經(jīng)小有成就而中國(guó)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(guó)家高技術(shù)研究計(jì)劃（863計(jì)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(biāo)，在進(jìn)行了大量理論研究、綜合設(shè)計(jì)和單元實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在機(jī)械總體設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、制造工藝設(shè)計(jì)等方面取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性成果。其中，發(fā)表學(xué)術(shù)論文5篇、申請(qǐng)專利8項(xiàng)、制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1部。歷經(jīng)3年努力，在對(duì)國(guó)外同爐型產(chǎn)品進(jìn)行全面細(xì)致消化和吸收的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際，終于完成了從整機(jī)設(shè)計(jì)到樣機(jī)制造的全過(guò)程，研制成功了 TDR－150型單晶爐，并成功研制了直徑12英寸無(wú)位錯(cuò)硅單晶。
“課題組所完成的TDR－150型單晶爐性能穩(wěn)定可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)12英寸無(wú)位錯(cuò)硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備的空白。已研制成功的設(shè)備可用于大尺寸電子級(jí)硅單晶和高檔太陽(yáng)能電池硅單晶的生產(chǎn)，并具有很高的性價(jià)比。依托單位已具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力?！痹隍?yàn)收了課題后，以清華大學(xué)自動(dòng)化系教授、博士生導(dǎo)師楊耕為組長(zhǎng)的驗(yàn)收專家組做出了高度評(píng)價(jià)，并在863計(jì)劃課題驗(yàn)收結(jié)論意見(jiàn)表上鄭重簽字。
破冰國(guó)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(guó)及臺(tái)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(jì)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(guó)目前只有北京中芯國(guó)際、無(wú)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(guó)外公司。國(guó)產(chǎn)單晶爐總體技術(shù)水平只能滿足國(guó)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(guó)產(chǎn)單晶爐的研發(fā)始終保持與我國(guó)IC同步發(fā)展的態(tài)勢(shì)，其總體性能與國(guó)外同類爐型相比，基本相當(dāng)。而且，限于硅材料研究、晶體生長(zhǎng)工藝技術(shù)及相配套的關(guān)鍵材料、檢測(cè)手段等制約，我國(guó)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(zhǎng)時(shí)間之內(nèi)陷入困境。TDR―150型單晶爐生長(zhǎng)12英寸硅單晶的研發(fā)成功則為打破國(guó)外產(chǎn)品壟斷的局面開(kāi)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(dá)國(guó)家的技術(shù)封鎖與壟斷，使我國(guó)能夠開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)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(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，初步改變了在晶體生長(zhǎng)設(shè)備領(lǐng)域研發(fā)制造受制于人的局面?！蔽靼怖砉ご髮W(xué)工廠黨委書(shū)記張存庫(kù)在接受中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)記者采訪時(shí)指出，“該課題的完成對(duì)我國(guó)微電子和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。本次研發(fā)的設(shè)備性價(jià)比高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大好局面下，該項(xiàng)目為企業(yè)培育了新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，TDR－150型單晶爐的產(chǎn)業(yè)化將給企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)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(huì)效益方
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