近日，中國電科46所成功制備出我國首顆6英寸氧化鎵單晶，達到國際最高水平。

據(jù)“中國電科”消息，中國電科46所氧化鎵團隊從大尺寸氧化鎵熱場設(shè)計出發(fā)，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，將有力支撐我國氧化鎵材料實用化進程和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

國內(nèi)氧化鎵研發(fā)進展捷報頻傳

目前，我國從事氧化鎵相關(guān)業(yè)務的企業(yè)包括北京鎵族科技、杭州富加鎵業(yè)、北京銘鎵半導體、深圳進化半導體等。此外，除中電科46所，上海光機所、上海微系統(tǒng)所、復旦大學、南京大學等各大科研高校也在從事相關(guān)研究。近期，我國在氧化鎵方面的研發(fā)進展也頻傳捷報。

北京銘鎵半導體于2022年12月完成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。

上市公司新湖中寶投資的杭州富加鎵業(yè)已經(jīng)初步建立了氧化鎵單晶材料設(shè)計、熱場模擬仿真、單晶生長、晶圓加工等全鏈路研發(fā)能力，推出2寸及以下規(guī)格的氧化鎵UID（非故意摻雜）、導電型及絕緣型產(chǎn)品。

浙大杭州科創(chuàng)中心也于2022年5月成功制備直徑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)生長的2英寸氧化鎵晶圓在國際尚屬首次。

中國科大國家示范性微電子學院教授龍世兵課題組于2023年初首次研制出氧化鎵垂直槽柵場效應晶體管。而就此前不久，龍世兵課題組相關(guān)研究論文成功被世界頂級技術(shù)論壇IEEE IEDM大會接收，這也是中國科大首次以第一作者單位在IEEE IEDM上發(fā)表論文。


最具效率的半導體材料

隨著量子信息、人工智能等高新技術(shù)的發(fā)展，半導體新體系及其微電子等多功能器件技術(shù)也在更新迭代。雖然前三代半導體技術(shù)持續(xù)發(fā)展，但也已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)出無法滿足新需求的問題，特別是難以同時滿足高性能、低成本的要求。

此背景下，人們將目光開始轉(zhuǎn)向擁有小體積、低功耗等優(yōu)勢的第四代半導體。第四代半導體具有優(yōu)異的物理化學特性、良好的導電性以及發(fā)光性能，在功率半導體器件、紫外探測器、氣體傳感器以及光電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。富士經(jīng)濟預測2030年氧化鎵功率元件的市場規(guī)模將會達到1,542億日元（約人民幣92.76億元），這個市場規(guī)模要比氮化鎵功率元件的規(guī)模（1,085億日元，約人民幣65.1億元）還要大。

氧化鎵的結(jié)晶形態(tài)截至目前已確認有α、β、γ、δ、ε五種。其中，β相最穩(wěn)定。β-Ga2O3的禁帶寬度為4.8～4.9 eV，擊穿場強高達8 MV/cm。

巴利加優(yōu)質(zhì)是低損失性能指標，β-Ga2O3的巴利加優(yōu)質(zhì)高達3400，大約是SiC的10倍、GaN的4倍。因此，在制造相同耐壓的單極功率器件時，元件的導通電阻比SiC、GaN低得多，極大降低器件的導通損耗。

中國科學院院士郝躍曾指出，氧化鎵材料是最有可能在未來大放異彩的材料之一，在未來的10年左右，氧化鎵器件有可能成為有競爭力的電力電子器件，會直接與碳化硅器件競爭。但氧化鎵目前的研發(fā)進度還不夠快，仍需不懈努力。


國內(nèi)投融資開始涌動

氧化鎵是未來十年的生意，行業(yè)分析人士表示，預計到2030年，全球氧化鎵及功率器件市場規(guī)模將達到98.6億元。

在產(chǎn)業(yè)化方面，國內(nèi)剛剛起步，但很多投資基金已經(jīng)開始關(guān)注到氧化鎵的未來，尋求相關(guān)創(chuàng)業(yè)項目和創(chuàng)業(yè)團隊，推動國內(nèi)氧化鎵發(fā)展。北京鎵族科技、杭州富加鎵業(yè)、北京銘鎵半導體、深圳進化半導體是目前在投融資市場較為活躍的四家公司——

北京鎵族科技是國內(nèi)入局比較早的一家公司，注冊成立于2017年年底，是國內(nèi)首家、國際第二家專業(yè)從事氧化鎵半導體材料開發(fā)及應用產(chǎn)業(yè)化的高科技公司，是北京郵電大學的科研團隊科研成果轉(zhuǎn)化形成公司；

杭州富加鎵業(yè)科技有限公司成立于2019年12月，是由中國科學院上海光機所與杭州市富陽區(qū)政府共建的硬科技產(chǎn)業(yè)化平臺——杭州光機所孵化的科技型企業(yè)；

北京銘鎵半導體是可實現(xiàn)國產(chǎn)工業(yè)級氧化鎵半導體晶片小批量供貨的中國廠家，這家公司已開始布局“氧化鎵”材料產(chǎn)業(yè)全鏈路；

深圳進化半導體則稱預計在一年內(nèi)實現(xiàn)2英寸β相的單晶襯底的小批量生產(chǎn)和銷售，目前已有潛在客戶表達了聯(lián)合測試意愿。

據(jù)《中國電子報》預測，輻射探測傳感器芯片和功率校正、逆變、高功率和超大功率芯片是氧化鎵兩個主要方向，尤其是在超寬禁帶系統(tǒng)可用功率和電壓范圍方面會發(fā)揮重要作用，包括電力調(diào)節(jié)和配電系統(tǒng)中的高壓整流器、電動汽車和光伏太陽能系統(tǒng)等有利應用場景。

進化半導體公司CEO許照原在36氪訪談中表示，碳化硅用了40年時間發(fā)展，氧化鎵則僅用了10年，踩著碳化硅腳印前進的氧化鎵很有可能有類似的發(fā)展行徑：先在市場門檻較低的快充和工業(yè)電源領(lǐng)域落地，后在汽車領(lǐng)域爆發(fā)。

氧化鎵在十年內(nèi)已取得重大進展，眼看離產(chǎn)業(yè)只差一步之遙，但針對材料制備和相關(guān)性質(zhì)研究仍然不夠系統(tǒng)和深入，若想統(tǒng)治未來，掌握現(xiàn)在這十年是關(guān)鍵。