第四代半导体制备连获突破氧化镓将与碳化硅直接竞争？

宣布时间：2023-03-16 21:06

我国第四代半导体质料制备近期连续取得突破。

　　3月14日，西安邮电大学宣布，该校陈海峰教授团队日前乐成在8英寸硅片上制备出了高质量的氧化镓(GaO)外延片；此前在2月底，中国电子科技集团有限公司(中国电科)宣布，中国电科46所乐成制备出我国首颗6英寸氧化镓单晶，抵达国际最高水平。

　　作为备受关注的第四代半导体质料之一，氧化镓目前在部分产品上已有使用，但距离大规模工业化应用尚远。“第四代半导体质料现在的研究结果距离应用落地，我感受另有5年左右的时间。”海内某第三代半导体质料大厂一位高管对第一财经体现，“不过看用在哪里，光电类的可能会快一些，日盲探测类现在也有产品，只是衬底尺寸很小。”

　　相比第三代半导体质料性能更优

　　第四代半导体质料包括超宽禁带半导体和超窄禁带半导体，前者包括氧化镓、金刚石、氮化铝，后者如锑化镓、锑化铟等。

　　作为超宽禁带半导体质料的一种，氧化镓禁带宽度抵达4.9eV，凌驾第三代半导体质料(宽禁带半导体质料)的碳化硅(3.2eV)和氮化镓(3.39eV)。更宽的禁带宽度意味着电子需要更多的能量从价带跃迁到导带，因此氧化镓具有耐高压、耐高温、大功率、抗辐照等特性。

　　别的，氧化镓的导通特性约为碳化硅的10倍，理论击穿场强约为碳化硅3倍多，可以有效降低新能源汽车、轨道交通、可再生能源发电等领域在能源方面的消耗。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。

　　中国科学院院士郝跃曾体现，氧化镓质料是最有可能在未来大放异彩的质料之一，在未来10年左右，氧化镓器件有可能成为有竞争力的电力电子器件，会直接与碳化硅器件竞争。

　　与碳化硅类似，氧化镓在功率器件领域有更突出的特性优势，目前业内关于氧化镓的普遍期待都是应用在功率器件上，尤其是大功率应用场景。

　　日本氧化镓领域知名企业FLOSFIA预计，2025年氧化镓功率器件市场规模将开始凌驾氮化镓，2030年抵达15.42亿美元(约合人民币100亿元)，抵达碳化硅的40%，抵达氮化镓的1.56倍。

　　氧化镓理论上更具本钱优势

　　在同等规格下，宽禁带质料可以制造尺寸更小、功率密度更高的器件，节省配套散热和晶圆面积，进一步降低本钱。上述大厂高管也体现，相比第三代半导体质料，理论上氧化镓更有本钱优势。

　　据悉，从同样基于6英寸衬底的最终器件的本钱组成来看，基于氧化镓质料的器件本钱为195美元，约为碳化硅质料器件本钱的五分之一，与硅基产品的本钱所差无几。别的，氧化镓的晶圆产线与硅、碳化硅、氮化镓的差别不大，转换本钱不高。

　　不过，由于高熔点、高温剖析以及易开裂等特性，大尺寸氧化镓单晶制备极为困难。目前我国大尺寸氧化镓半导体质料的产出仅限于实验室与高校，距离规模量产较远，日本则在氧化镓量产方面走在前列。

　　据外地媒体报道称，日本新兴企业Novel Crystal Technology正在加紧推进配备在纯电动汽车上的功率半导体使用的氧化镓晶圆的实用化，计划2025年起每年生产2万枚100毫米晶圆，到2028年量爆发产效率更高的200毫米晶圆。该公司社长仓又认为，氧化镓比碳化硅更占优势。他体现，Novel Crystal拥有可将本钱降低到三分之一的自主工艺。

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