近日，中國(guó)電科46所成功制備出我國(guó)首顆6英寸氧化鎵單晶，達(dá)到國(guó)際最高水平。

據(jù)“中國(guó)電科”消息，中國(guó)電科46所氧化鎵團(tuán)隊(duì)從大尺寸氧化鎵熱場(chǎng)設(shè)計(jì)出發(fā)，成功構(gòu)建了適用于6英寸氧化鎵單晶生長(zhǎng)的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，突破了6英寸氧化鎵單晶生長(zhǎng)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(guó)氧化鎵材料實(shí)用化進(jìn)程和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

國(guó)內(nèi)氧化鎵研發(fā)進(jìn)展捷報(bào)頻傳

目前，我國(guó)從事氧化鎵相關(guān)業(yè)務(wù)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(dǎo)體、深圳進(jìn)化半導(dǎo)體等。此外，除中電科46所，上海光機(jī)所、上海微系統(tǒng)所、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)等各大科研高校也在從事相關(guān)研究。近期，我國(guó)在氧化鎵方面的研發(fā)進(jìn)展也頻傳捷報(bào)。

北京銘鎵半導(dǎo)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(guó)內(nèi)首個(gè)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(zhǎng)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(jì)、熱場(chǎng)模擬仿真、單晶生長(zhǎng)、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(dǎo)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(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)生長(zhǎng)的2英寸氧化鎵晶圓在國(guó)際尚屬首次。

中國(guó)科大國(guó)家示范性微電子學(xué)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(chǎng)效應(yīng)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(jí)技術(shù)論壇IEEE IEDM大會(huì)接收，這也是中國(guó)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體技術(shù)持續(xù)發(fā)展，但也已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)出無(wú)法滿(mǎn)足新需求的問(wèn)題，特別是難以同時(shí)滿(mǎn)足高性能、低成本的要求。

此背景下，人們將目光開(kāi)始轉(zhuǎn)向擁有小體積、低功耗等優(yōu)勢(shì)的第四代半導(dǎo)體。第四代半導(dǎo)體具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性、良好的導(dǎo)電性以及發(fā)光性能，在功率半導(dǎo)體器件、紫外探測(cè)器、氣體傳感器以及光電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。富士經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)2030年氧化鎵功率元件的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)達(dá)到1,542億日元（約人民幣92.76億元），這個(gè)市場(chǎng)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(rèn)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(chǎng)強(qiáng)高達(dá)8 MV/cm。

巴利加優(yōu)質(zhì)是低損失性能指標(biāo)，β-Ga2O3的巴利加優(yōu)質(zhì)高達(dá)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(shí)，元件的導(dǎo)通電阻比SiC、GaN低得多，極大降低器件的導(dǎo)通損耗。

中國(guó)科學(xué)院院士郝躍曾指出，氧化鎵材料是最有可能在未來(lái)大放異彩的材料之一，在未來(lái)的10年左右，氧化鎵器件有可能成為有競(jìng)爭(zhēng)力的電力電子器件，會(huì)直接與碳化硅器件競(jìng)爭(zhēng)。但氧化鎵目前的研發(fā)進(jìn)度還不夠快，仍需不懈努力。


國(guó)內(nèi)投融資開(kāi)始涌動(dòng)

氧化鎵是未來(lái)十年的生意，行業(yè)分析人士表示，預(yù)計(jì)到2030年，全球氧化鎵及功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到98.6億元。

在產(chǎn)業(yè)化方面，國(guó)內(nèi)剛剛起步，但很多投資基金已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注到氧化鎵的未來(lái)，尋求相關(guān)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)國(guó)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(dǎo)體、深圳進(jìn)化半導(dǎo)體是目前在投融資市場(chǎng)較為活躍的四家公司——

北京鎵族科技是國(guó)內(nèi)入局比較早的一家公司，注冊(cè)成立于2017年年底，是國(guó)內(nèi)首家、國(guó)際第二家專(zhuān)業(yè)從事氧化鎵半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的高科技公司，是北京郵電大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)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(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所與杭州市富陽(yáng)區(qū)政府共建的硬科技產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)——杭州光機(jī)所孵化的科技型企業(yè)；

北京銘鎵半導(dǎo)體是可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)氧化鎵半導(dǎo)體晶片小批量供貨的中國(guó)廠家，這家公司已開(kāi)始布局“氧化鎵”材料產(chǎn)業(yè)全鏈路；

深圳進(jìn)化半導(dǎo)體則稱(chēng)預(yù)計(jì)在一年內(nèi)實(shí)現(xiàn)2英寸β相的單晶襯底的小批量生產(chǎn)和銷(xiāo)售，目前已有潛在客戶(hù)表達(dá)了聯(lián)合測(cè)試意愿。

據(jù)《中國(guó)電子報(bào)》預(yù)測(cè)，輻射探測(cè)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(gè)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(huì)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(dòng)汽車(chē)和光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)等有利應(yīng)用場(chǎng)景。

進(jìn)化半導(dǎo)體公司CEO許照原在36氪訪(fǎng)談中表示，碳化硅用了40年時(shí)間發(fā)展，氧化鎵則僅用了10年，踩著碳化硅腳印前進(jìn)的氧化鎵很有可能有類(lèi)似的發(fā)展行徑：先在市場(chǎng)門(mén)檻較低的快充和工業(yè)電源領(lǐng)域落地，后在汽車(chē)領(lǐng)域爆發(fā)。

氧化鎵在十年內(nèi)已取得重大進(jìn)展，眼看離產(chǎn)業(yè)只差一步之遙，但針對(duì)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(lái)，掌握現(xiàn)在這十年是關(guān)鍵。