3月5日，杭州鎵仁半導體有限公司（以下簡稱“鎵仁半導體”）宣布，發(fā)布全球首顆第四代半導體氧化鎵8英寸單晶。鎵仁半導體采用完全自主創(chuàng)新的鑄造法成功實現(xiàn)8英寸氧化鎵單晶生長，并可加工出相應尺寸的晶圓襯底。據(jù)悉，這一成果，標志著鎵仁半導體成為國際上首家掌握8英寸氧化鎵單晶生長技術的企業(yè)。
source：鎵仁半導體（圖為鎵仁半導體8英寸氧化鎵單晶）
據(jù)悉，8英寸氧化鎵能夠與現(xiàn)有硅基芯片廠的8英寸產(chǎn)線兼容，這將會顯著加快其產(chǎn)業(yè)化應用的步伐。其次，氧化鎵襯底尺寸增大可提升其利用率，降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率。
第四代半導體材料
在半導體材料的發(fā)展歷程中，每一代新材料的出現(xiàn)都推動著行業(yè)邁向新的高度。從第一代硅（Si）、鍺（Ge），到第二代砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP），再到第三代碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN），如今，第四代半導體材料正嶄露頭角，其中氧化鎵（Ga?O?）備受矚目。
氧化鎵作為第四代半導體的代表，具有諸多令人矚目的特性。它擁有超寬帶隙，范圍在4.-4.9eV，這一數(shù)值遠高于第三代半導體碳化硅的3.2eV和氮化鎵的3.39eV。更寬的禁帶寬度意味著電子需要更多能量從價帶躍遷到導帶，使得氧化鎵具備耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻照等突出特性。其超高臨界擊穿場強可達8MV/cm，能承受比SiC或GaN器件更高的工作電壓，且導通電阻更低。
在應用領域方面，氧化鎵展現(xiàn)出了廣泛的潛力。在功率電子器件領域，它可用于數(shù)據(jù)中心，助力數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)更高效的節(jié)能；在軌道交通、光伏逆變器、大功率通信等高壓、大電流場景中，能夠顯著提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。
其中值得注意的是，在新能源汽車領域，隨著汽車高壓化趨勢日益明顯，從400V逐步提升至800V，甚至未來可能采用1200V及更高的電壓平臺架構(gòu)，氧化鎵制備的功率器件有望大顯身手，將新能源汽車的充電時間大幅縮短，例如從現(xiàn)在快充的30分鐘縮短至7分鐘左右，極大地提升用戶體驗。
然而，盡管氧化鎵前景廣闊，但目前在產(chǎn)業(yè)化進程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。其中，降低成本是關鍵問題之一。氧化鎵襯底的制備難度雖低于部分其他第四代半導體材料如金剛石和氮化鋁，但其成本仍有待進一步降低，以提升市場競爭力。此前，氧化鎵襯底主要通過EFG法生產(chǎn)，該方法需在約1800℃的高溫且含氧環(huán)境中進行晶體生長，對生長環(huán)境要求極高，坩堝需使用耐高溫、耐氧且不污染晶體的材料，綜合性能與成本考量，只有貴金屬銥適合用于氧化鎵熔體，這使得成本居高不下。
行業(yè)項目/技術進展
從當前行業(yè)進展看，除了鎵仁半導體以外，在更早之前的2024年9月，富加鎵業(yè)打造的國內(nèi)首條6英寸氧化鎵單晶及外延片生長線在杭州富陽開工建設，預計2025年年初投入使用。
另外，在2024年8月末，鴻海科技集團旗下的鴻海研究院前瞻技術研發(fā)取得重要成果。鴻海研究院半導體所所長暨國立陽明交通大學講座教授郭浩中及半導體所研究團隊，攜手陽明交大電子所洪瑞華教授團隊，在第四代化合物半導體的關鍵技術上取得突破。
他們以創(chuàng)新的離子布植技術成功制造出具備優(yōu)異電性表現(xiàn)的氧化鎵pn二極管（pndiode）。通過磷離子布植和快速熱退火技術實現(xiàn)了第四代半導體p型Ga?O?的制造，并在其上重新生長n型和n?型Ga?O?，形成了pnGa?O?二極管。這一突破性技術不僅大幅提升了元件的穩(wěn)定性和可靠性，顯著降低電阻，更為未來高功率電子元件開辟了新的可能性，推動了氧化鎵在高壓、高溫應用領域的發(fā)展。