我國科學(xué)家成功在8英寸硅片上制備出了高質(zhì)量的氧化鎵外延片。

我國氧化鎵領(lǐng)域研究連續(xù)取得突破

日前，西安郵電大學(xué)新型半導(dǎo)體器件與材料重點(diǎn)實驗室的陳海峰教授團(tuán)隊成功在8英寸硅片上制備出了高質(zhì)量的氧化鎵外延片，這一成果標(biāo)志著該校在超寬禁帶半導(dǎo)體研究上取得重要進(jìn)展。

近年來，我國在氧化鎵的制備上連續(xù)取得突破性進(jìn)展，從去年的2英寸到6英寸，再到最新的8英寸，氧化鎵制備技術(shù)越來越成熟。

2023年2月，我國首顆6英寸氧化鎵單晶被成功制備，中國電科46所成功構(gòu)建了適用于6英寸氧化鎵單晶生長的熱場結(jié)構(gòu)，突破了6英寸氧化鎵單晶生長技術(shù)，可用于6英寸氧化鎵單晶襯底片的研制，達(dá)到國際最高水平。

2022年12月，銘鎵半導(dǎo)體完成了4英寸氧化鎵晶圓襯底技術(shù)突破，成為國內(nèi)首個掌握第四代半導(dǎo)體氧化鎵材料4英寸（001）相單晶襯底生長技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化公司。

2022年5月，浙大杭州科創(chuàng)中心首次采用新技術(shù)路線成功制備2英寸(50.8mm)的氧化鎵晶圓，而使用這種具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)生產(chǎn)的2英寸氧化鎵晶圓在國際上為首次。

在氧化鎵研究上，科技日報今年2月份報道，我國科研人員為氧化鎵晶體管找到新結(jié)構(gòu)方案。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)分別采用氧氣氛圍退火和氮離子注入技術(shù)，首次研制出了氧化鎵垂直槽柵場效應(yīng)晶體管。研究人員表示，這兩項工作為氧化鎵晶體管找到了新的技術(shù)路線和結(jié)構(gòu)方案。

氧化鎵：第四代半導(dǎo)體材料的佼佼者

氧化鎵是一種新型超寬禁帶半導(dǎo)體材料，是被國際普遍關(guān)注并認(rèn)可已開啟產(chǎn)業(yè)化的第四代半導(dǎo)體材料。與碳化硅、氮化鎵等第三代半導(dǎo)體相比，氧化鎵的禁帶寬度遠(yuǎn)高于后兩者，其禁帶寬度達(dá)到4.9eV，高于碳化硅的3.25eV和氮化鎵的3.4eV。而氧化鎵的擊穿場強(qiáng)理論上可以達(dá)到8eV/cm，是氮化鎵的2.5倍，是碳化硅的3倍多。

從功率半導(dǎo)體特性來看，與前代半導(dǎo)體材料相比，氧化鎵材料具備更高的擊穿電場強(qiáng)度與更低的導(dǎo)通電阻，從而能量損耗更低，功率轉(zhuǎn)換效率更高。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，氧化鎵的損耗理論上是硅的1/3000、碳化硅的1/6、氮化鎵的1/3。

另外，氧化鎵具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，成本低，制備方法簡便、便于批量生產(chǎn)，在產(chǎn)業(yè)化方面優(yōu)勢明顯。

氧化鎵性能優(yōu)勢顯著，但仍存在明顯短板和應(yīng)用瓶頸。氧化鎵熱導(dǎo)率僅為碳化硅的十分之一，是硅的五分之一。這也就意味著以氧化鎵為材料基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件存在著很大的散熱難題，業(yè)界也一直在尋求更好的方法去優(yōu)化和改善這一問題。

政策層面，我國對氧化鎵的關(guān)注度也不斷增強(qiáng)。早在2018年，我國已啟動了包括氧化鎵、金剛石、氮化硼等在內(nèi)的超寬禁帶半導(dǎo)體材料的探索和研究。2022年，科技部將氧化鎵列入“十四五”重點(diǎn)研發(fā)計劃。

國內(nèi)氧化鎵材料研究單位主要包括中電科46所、深圳進(jìn)化半導(dǎo)體、上海光機(jī)所、鎵族科技、銘鎵半導(dǎo)體、富加鎵業(yè)等。此外，數(shù)十家高校院所積極展開氧化鎵項目的研發(fā)工作，積累了豐富的技術(shù)成果。隨著市場需求持續(xù)旺盛，這些科研成果有望逐步落地。

氧化鎵市場發(fā)展?jié)摿薮?/h2>

氧化鎵產(chǎn)業(yè)化也在進(jìn)行中。去年6月30日，銘鎵半導(dǎo)體完成近億元A輪融資，融資將主要用于氧化鎵項目的擴(kuò)產(chǎn)與研發(fā)，預(yù)計2023年底將建成國內(nèi)首條集晶體生長、晶體加工、薄膜外延于一體的氧化鎵完整產(chǎn)業(yè)線。

行業(yè)分析人士表示，氧化鎵是第四代半導(dǎo)體材料，在市場對性能好、損耗低、功率密度高的功率器件需求不斷釋放背景下，氧化鎵市場發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>