中國首顆6英寸氧化鎵單晶成功制備，第四代半導(dǎo)體呼嘯而來

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(dá)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(tuán)隊(duì)從大尺寸氧化鎵熱場設(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(shí)用化進(jìn)程和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1、國內(nèi)氧化鎵研發(fā)進(jìn)展捷報(bào)頻傳

目前，我國從事氧化鎵相關(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(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(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，這也是中國科大首次以第一作者單位在IEEE IEDM上發(fā)表論文。

2、第四代半導(dǎo)體“呼嘯而來”

近年來，以碳化硅、氮化鎵為主的第三代半導(dǎo)體材料市場需求爆發(fā)，成功贏得了各大廠商的青睞。而與此同時(shí)，第四代半導(dǎo)體材料也憑借其高耐壓、低損耗、高效率、小尺寸等特性，成功進(jìn)入人們的視野。

據(jù)了解，在第四代半導(dǎo)體材料中，尤以氧化鎵備受業(yè)界關(guān)注。作為新型超寬禁帶半導(dǎo)體材料，氧化鎵在微電子與光電子領(lǐng)域均擁有廣闊的應(yīng)用前景，可以有效降低新能源汽車、軌道交通、可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域在能源方面的消耗。

為進(jìn)一步推動(dòng)氧化鎵產(chǎn)業(yè)發(fā)展，科技部高新司甚至已于2017年便將其列入重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。此外，安徽、北京等省市也將氧化鎵列為了重點(diǎn)研發(fā)對(duì)象。

盡管氧化鎵發(fā)展尚處于初期階段，但其市場前景依然備受期待。有數(shù)據(jù)顯示，到2030年，氧化鎵功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)15億美元。

中國科學(xué)院院士郝躍認(rèn)為，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(huì)直接與碳化硅器件競爭。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，未來，氧化鎵有望替代碳化硅和氮化鎵成為新一代半導(dǎo)體材料的代表。