8英寸！中国氧化镓研发屡获突破！产业化再进一步

据陈海峰教授介绍，氧化镓是一种超宽禁带半导体材料，具有优异的耐高压与日盲紫外光响应特性，在功率器件和光电领域应用潜力巨大。硅上氧化镓异质外延有利于硅电路与氧化镓电路的直接集成，同时拥有成本低和散热好等优势。

 

近年来，该团队在氧化镓材料生长、器件制备、测试表征等方面具有丰富的科研经验，承担国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、陕西省教育厅基金资助的多个研究项目，在物理学报、半导体学报、IEEE Electron Device Letters、Journal of Applied Physics、IEEE Transactions on Electron Devices、Physics Letters A、Nanotechnology、Applied Surface Science、Carbon等发表研究论文100余篇，授权国家发明专利20余项。

 

 

氧化镓是继碳化硅、氮化镓等第三代半导体之后的新一代半导体材料，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。主要应用于通信、雷达、航空航天、高铁动车、新能源汽车等领域的辐射探测领域的传感器芯片，以及在大功率和超大功率芯片。凭借其强大的优异的性能和强大的应用潜力而受到业界高度关注。

 

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。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。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。

 

尽管氧化镓的发展尚处于初期研发阶段，但最近几个月，我国已经屡获突破。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。

 

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。

 

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。

 

上市公司新湖中宝投资的杭州富加镓业已经初步建立了氧化镓单晶材料设计、热场模拟仿真、单晶生长、晶圆加工等全链路研发能力，推出2寸及以下规格的氧化镓UID（非故意掺杂）、导电型及绝缘型产品。

 

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。

 

2023年初，中国科大国家示范性微电子学院教授龙世兵课题组首次研制出氧化镓垂直槽栅场效应晶体管。而就此前不久，龙世兵课题组相关研究论文成功被世界顶级技术论坛IEEE IEDM大会接收，这也是中国科大首次以第一作者单位在IEEE IEDM上发表论文。

 

尽管氧化镓发展尚处于初期阶段，但其市场前景依然备受期待。有数据显示，到2030年，氧化镓功率半导体市场规模将达15亿美元。中国科学院院士郝跃认为，氧化镓材料是最有可能在未来大放异彩的材料之一，在未来的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。业内普遍认为，未来，氧化镓有望替代碳化硅和氮化镓成为新一代半导体材料的代表。