昨（27）日，中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司（中國(guó)電科）宣布，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。
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01、中國(guó)電科46所成功制備6英寸氧化鎵單晶
氧化鎵，是繼Si、SiC及GaN后的第四代寬禁帶半導(dǎo)體材料，以β-Ga2O3單晶為基礎(chǔ)材料的功率器件具有更高的擊穿電壓與更低的導(dǎo)通電阻，從而擁有更低的導(dǎo)通損耗和更高的功率轉(zhuǎn)換效率，在功率電子器件方面具有極大的應(yīng)用潛力。
但因具有高熔點(diǎn)、高溫分解以及易開(kāi)裂等特性，大尺寸氧化鎵單晶制備極為困難。
中國(guó)電科46所氧化鎵團(tuán)隊(duì)聚焦多晶面、大尺寸、高摻雜、低缺陷等方向，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)，具有良好的結(jié)晶性能，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。
02、氧化鎵VS碳化硅
以碳化硅(SiC)為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，憑借耐高溫、抗高壓、開(kāi)關(guān)速度快、效率高、節(jié)能、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，近年來(lái)被國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)持續(xù)關(guān)注和布局。
目前，寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展勢(shì)頭正猛，超禁帶半導(dǎo)體也悄然入局。氧化鎵（Ga2O3）作為第四代半導(dǎo)體的代表，被視為“替代碳化硅和氮化鎵”的新一代半導(dǎo)體材料。
氧化鎵相對(duì)于碳化硅，具備超寬禁帶寬度（4.2~4.9eV）、高相對(duì)介電系數(shù)、超高臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)（8MV/cm）、較短的吸收截止邊及超強(qiáng)的透明導(dǎo)電性等優(yōu)異的物理性能。氧化鎵器件的導(dǎo)通特性幾乎是于碳化硅的10倍，理論擊穿場(chǎng)強(qiáng)是碳化硅的3倍多。
此外，它的化學(xué)和熱穩(wěn)定性也較為良好，同時(shí)能以比碳化硅和氮化鎵更低的成本獲得大尺寸、高質(zhì)量、可摻雜的塊狀單晶。
但另一方面，氧化鎵的遷移率和導(dǎo)熱率低，不及碳化硅和氮化鎵，可能受到自熱效應(yīng)影響，從而導(dǎo)致設(shè)備性能下降；氧化鎵實(shí)現(xiàn)p型摻雜難度較大，難以制造p型半導(dǎo)體，成為實(shí)現(xiàn)高性能器件的主要障礙。
03、氧化鎵成擊碎“卡脖子”的新機(jī)遇？
未來(lái)，氧化鎵主要應(yīng)用于通信、雷達(dá)、航空航天、高鐵動(dòng)車(chē)、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域的輻射探測(cè)領(lǐng)域的傳感器芯片，以及在大功率和超大功率芯片。
目前，各國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)都在爭(zhēng)相布局氧化鎵，但均在產(chǎn)業(yè)化前夜。氧化鎵或許可以成為突破“卡脖子”的機(jī)遇。
國(guó)際方面，日本較為領(lǐng)先。早在2008年，京都大學(xué)的藤田教授就發(fā)布了氧化鎵深紫外線檢測(cè)和SchottkyBarrier Junction、藍(lán)寶石（Sapphire）晶圓上的外延生長(zhǎng)（Epitaxial Growth）等研發(fā)成果。
2012年，日本率先實(shí)現(xiàn)2英寸氧化鎵材料的突破，NCT氧化鎵材料尺寸可達(dá)到6英寸；2015年，推出了高質(zhì)量氧化鎵單晶襯底，2016年又推出了同質(zhì)外延片，此后基于氧化鎵材料的器件研究成果開(kāi)始爆發(fā)式出現(xiàn)，各國(guó)開(kāi)始爭(zhēng)相布局。
國(guó)內(nèi)方面，2017年，科技部高新司從出臺(tái)的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，把“氧化鎵”列入到其中；2018年，北京市科委對(duì)前沿新材料率先開(kāi)展了研究工作，并且把“氧化鎵”列為重點(diǎn)項(xiàng)目。
據(jù)了解，目前我國(guó)從事氧化鎵材料和器件研究單位，主要是中電科46所、西安電子科技大學(xué)、山東大學(xué)、上海光機(jī)所、上海微系統(tǒng)所、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)等高校及科研院所；企業(yè)方面有銘鎵半導(dǎo)體、深圳進(jìn)化半導(dǎo)體、北京鎵族科技、杭州富加鎵業(yè)等。
中國(guó)電科46所分別于2016年和2018年相繼制備出了國(guó)內(nèi)第一片高質(zhì)量的2英寸氧化鎵單晶和4英寸氧化鎵單晶。
2022年3月，中國(guó)電科46所再次成功研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高耐壓性能半導(dǎo)體材料——HVPE氧化鎵同質(zhì)外延片，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。
同年12月，銘鎵半導(dǎo)體使用導(dǎo)模法成功制備了高質(zhì)量4英寸（001）主面氧化鎵（β-Ga2O3）單晶，完成了4英寸氧化鎵晶圓襯底技術(shù)突破。（文：集邦化合物半導(dǎo)體 Amber）
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