中國首顆6英寸氧化鎵單晶成功制備，第四代半導體呼嘯而來

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所氧化鎵團隊從大尺寸氧化鎵熱場設計出發(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，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用化進程和相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1、國內(nèi)氧化鎵研發(fā)進展捷報頻傳

目前，我國從事氧化鎵相關業(yè)務的企業(yè)包括北京鎵族科技、杭州富加鎵業(yè)、北京銘鎵半導體、深圳進化半導體等。此外，除中電科46所，上海光機所、上海微系統(tǒng)所、復旦大學、南京大學等各大科研高校也在從事相關研究。近期，我國在氧化鎵方面的研發(fā)進展也頻傳捷報。

北京銘鎵半導體于2022年12月完成4英寸氧化鎵晶圓襯底技術突破，成為國內(nèi)首個掌握第四代半導體氧化鎵材料4英寸（001）相單晶襯底生長技術的產(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計、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產(chǎn)權技術生長的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晶體管。而就此前不久，龍世兵課題組相關研究論文成功被世界頂級技術論壇IEEE IEDM大會接收，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、第四代半導體“呼嘯而來”

近年來，以碳化硅、氮化鎵為主的第三代半導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，第四代半導體材料也憑借其高耐壓、低損耗、高效率、小尺寸等特性，成功進入人們的視野。

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

為進一步推動氧化鎵產(chǎn)業(yè)發(fā)展，科技部高新司甚至已于2017年便將其列入重點研發(fā)計劃。此外，安徽、北京等省市也將氧化鎵列為了重點研發(fā)對象。

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，氧化鎵功率半導體市場規(guī)模將達15億美元。

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