8英寸！第四代半导体再突破，我国氧化镓研究取得系列进展

　　我国科学家成功在8英寸硅片上制备出了高质量的氧化镓外延片。

　　我国氧化镓领域研究连续取得突破

　　日前，西安邮电大学新型半导体器件与材料重点实验室的陈海峰教授团队成功在8英寸硅片上制备出了高质量的氧化镓外延片，这一成果标志着该校在超宽禁带半导体研究上取得重要进展。

　　（图片来源：西安邮电大学官网）

　　近年来，我国在氧化镓的制备上连续取得突破性进展，从去年的2英寸到6英寸，再到最新的8英寸，氧化镓制备技术越来越成熟。

　　2023年2月，我国首颗6英寸氧化镓单晶被成功制备，中国电科46所成功构建了适用于6英寸氧化镓单晶生长的热场结构，突破了6英寸氧化镓单晶生长技术，可用于6英寸氧化镓单晶衬底片的研制，达到国际最高水平。

　　2022年12月，铭镓半导体完成了4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破，成为国内首个掌握第四代半导体氧化镓材料4英寸（001）相单晶衬底生长技术的产业化公司。

　　2022年5月，浙大杭州科创中心首次采用新技术路线成功制备2英寸 (50.8 mm)的氧化镓晶圆，而使用这种具有完全自主知识产权技术生产的2英寸氧化镓晶圆在国际上为首次。

　　在氧化镓研究上，科技日报今年2月份报道，我国科研人员为氧化镓晶体管找到新结构方案。中国科学技术大学分别采用氧气氛围退火和氮离子注入技术，首次研制出了氧化镓垂直槽栅场效应晶体管。研究人员表示，这两项工作为氧化镓晶体管找到了新的技术路线和结构方案。

　　氧化镓：第四代半导体材料的佼佼者

　　氧化镓是一种新型超宽禁带半导体材料，是被国际普遍关注并认可已开启产业化的第四代半导体材料。与碳化硅、氮化镓等第三代半导体相比，氧化镓的禁带宽度远高于后两者，其禁带宽度达到4.9eV，高于碳化硅的3.25eV和氮化镓的3.4eV。而氧化镓的击穿场强理论上可以达到8eV/cm，是氮化镓的2.5倍，是碳化硅的3倍多。

　　从功率半导体特性来看，与前代半导体材料相比，氧化镓材料具备更高的击穿电场强度与更低的导通电阻，从而能量损耗更低，功率转换效率更高。相关统计数据显示，氧化镓的损耗理论上是硅的1/3000、碳化硅的1/6、氮化镓的1/3。

　　另外，氧化镓具有良好的化学和热稳定性，成本低，制备方法简便、便于批量生产，在产业化方面优势明显。

　　氧化镓性能优势显著，但仍存在明显短板和应用瓶颈。氧化镓热导率仅为碳化硅的十分之一，是硅的五分之一。这也就意味着以氧化镓为材料基础的半导体器件存在着很大的散热难题，业界也一直在寻求更好的方法去优化和改善这一问题。

　　政策层面，我国对氧化镓的关注度也不断增强。早在2018年，我国已启动了包括氧化镓、金刚石、氮化硼等在内的超宽禁带半导体材料的探索和研究。2022年，科技部将氧化镓列入“十四五”重点研发计划。

　　国内氧化镓材料研究单位主要包括中电科46所、深圳进化半导体、上海光机所、镓族科技、铭镓半导体、富加镓业等。此外，数十家高校院所积极展开氧化镓项目的研发工作，积累了丰富的技术成果。随着市场需求持续旺盛，这些科研成果有望逐步落地。

　　氧化镓市场发展潜力巨大

　　氧化镓产业化也在进行中。去年6月30日，铭镓半导体完成近亿元A轮融资，融资将主要用于氧化镓项目的扩产与研发，预计2023年底将建成国内首条集晶体生长、晶体加工、薄膜外延于一体的氧化镓完整产业线。

　　行业分析人士表示，氧化镓是第四代半导体材料，在市场对性能好、损耗低、功率密度高的功率器件需求不断释放背景下，氧化镓市场发展潜力巨大。

　　证券时报·数据宝统计，目前我国从事氧化镓研发的企业还较少，其中A股中涉及该业务的企业不足10家，主要包括新湖中宝、中瓷电子、南大光电、三安光电等。

　　具体看，新湖中宝持股杭州富加镓，专业从事氧化镓单晶材料设计、模拟仿真、生长及性能表征等工作，形成了较鲜明的特色和优势。

　　中瓷电子控股股东中国电科经过多年氧化镓晶体生长技术的探索，采用导模法成功制备出高质量氧化镓单晶。近期，中国电科13所正将氮化镓通信基站射频芯片业务注入上市公司。

　　三安光电子公司湖南三安致力于第三代化合物半导体碳化硅及氧化镓材料、外延、芯片及封装的开发。

　　南大光电在互动平台表示，公司三甲基镓产品可以作为生产氧化镓的原材料。