3月5日，杭州鎵仁半導(dǎo)體有限公司（以下簡稱“鎵仁半導(dǎo)體”）宣布，發(fā)布全球首顆第四代半導(dǎo)體氧化鎵8英寸單晶。鎵仁半導(dǎo)體采用完全自主創(chuàng)新的鑄造法成功實(shí)現(xiàn)8英寸氧化鎵單晶生長，并可加工出相應(yīng)尺寸的晶圓襯底。據(jù)悉，這一成果，標(biāo)志著鎵仁半導(dǎo)體成為國際上首家掌握8英寸氧化鎵單晶生長技術(shù)的企業(yè)。
source：鎵仁半導(dǎo)體（圖為鎵仁半導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)體材料
在半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(yuǎn)高于第三代半導(dǎo)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(dǎo)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(qiáng)可達(dá)8MV/cm，能承受比SiC或GaN器件更高的工作電壓，且導(dǎo)通電阻更低。
在應(yīng)用領(lǐng)域方面，氧化鎵展現(xiàn)出了廣泛的潛力。在功率電子器件領(lǐng)域，它可用于數(shù)據(jù)中心，助力數(shù)據(jù)中心實(shí)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(lǐng)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(yàn)。
然而，盡管氧化鎵前景廣闊，但目前在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。其中，降低成本是關(guān)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(dǎo)體材料如金剛石和氮化鋁，但其成本仍有待進(jìn)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(jìn)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(xiàng)目/技術(shù)進(jìn)展
從當(dāng)前行業(yè)進(jìn)展看，除了鎵仁半導(dǎo)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(shè)，預(yù)計(jì)2025年年初投入使用。
另外，在2024年8月末，鴻?？萍技瘓F(tuán)旗下的鴻海研究院前瞻技術(shù)研發(fā)取得重要成果。鴻海研究院半導(dǎo)體所所長暨國立陽明交通大學(xué)講座教授郭浩中及半導(dǎo)體所研究團(tuán)隊(duì)，攜手陽明交大電子所洪瑞華教授團(tuán)隊(duì)，在第四代化合物半導(dǎo)體的關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。
他們以創(chuàng)新的離子布植技術(shù)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(shù)實(shí)現(xiàn)了第四代半導(dǎo)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(shù)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(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。