2025年3月25日，杭州鎵仁半導(dǎo)體有限公司(以下簡(jiǎn)稱“鎵仁半導(dǎo)體”)繼發(fā)布全球首顆8英寸氧化鎵單晶之后，又一次取得突破性進(jìn)展，基于自主創(chuàng)新的氧化鎵單晶生長(zhǎng)技術(shù)與大尺寸襯底加工技術(shù)，成功制備了全球首款8英寸（200mm）氧化鎵晶圓襯底。我國(guó)第四代半導(dǎo)體氧化鎵晶圓襯底率先邁入8英寸時(shí)代，不僅填補(bǔ)了全球氧化鎵產(chǎn)業(yè)空白，更標(biāo)志著我國(guó)在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。
一、8英寸氧化鎵晶圓襯底的重大產(chǎn)業(yè)價(jià)值
中國(guó)氧化鎵率先進(jìn)入8英寸時(shí)代，其產(chǎn)業(yè)價(jià)值可從三個(gè)維度進(jìn)行體現(xiàn):
其一，技術(shù)兼容性層面。8 英寸氧化鎵襯底與現(xiàn)有硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的 8 英寸制造體系形成良好適配，為產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程按下加速鍵。這種產(chǎn)線兼容性優(yōu)勢(shì)可有效縮短技術(shù)轉(zhuǎn)化周期，降低企業(yè)技術(shù)升級(jí)成本。
其二，經(jīng)濟(jì)效能層面。襯底尺寸的升級(jí)帶來顯著的材料利用率提升，單片晶圓可制造芯片數(shù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，配合生產(chǎn)工藝優(yōu)化，將推動(dòng)氧化鎵器件單位成本實(shí)現(xiàn)突破性下降，同步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的顯著提升。
其三，產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略層面。中國(guó)在全球范圍內(nèi)率先攻克 8 英寸氧化鎵制備技術(shù)壁壘，不僅標(biāo)志著我國(guó)在超寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，更通過建立先發(fā)優(yōu)勢(shì)形成產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)護(hù)城河。這一技術(shù)跨越為我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在全球價(jià)值鏈重構(gòu)中掌握關(guān)鍵話語權(quán)，為構(gòu)建自主可控的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
圖1 鎵仁半導(dǎo)體8英寸氧化鎵晶圓襯底
圖2 鎵仁半導(dǎo)體氧化鎵晶圓襯底尺寸快速演進(jìn)
二、氧化鎵簡(jiǎn)介
近年來，隨著新能源、光伏發(fā)電、雷達(dá)探測(cè)、5G移動(dòng)通信等領(lǐng)域的高速發(fā)展，以氧化鎵(β-Ga2O3)為代表的具有更高禁帶寬度與擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，開始引起各界的廣泛關(guān)注與重視。
01 氧化鎵性質(zhì)優(yōu)異
1.更高的工作電壓、功率
氧化鎵單晶禁帶寬度約為4.8eV，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度約為8MV/cm，遠(yuǎn)大于Si(1.1eV，0.3MV/cm)、SiC(3.3eV，2.5MV/cm)、GaN(3.4eV，3.3MV/cm)等材料，制作的功率器件具有更高的工作電壓、功率。
2.更低的能量損耗
氧化鎵的巴利加優(yōu)值大約是SiC的10倍、GaN的4倍，使用氧化鎵研制的器件將具有更小的導(dǎo)通電阻和更高的功率轉(zhuǎn)換效率。
3.同時(shí)滿足高頻率與高功率
氧化鎵約翰遜優(yōu)值大(2844)，較SiC和GaN更有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)滿足高頻率與高功率的要求，在射頻領(lǐng)域前景廣闊。
4.紫外光電性能優(yōu)異
氧化鎵單晶紫外截止邊短(260nm)，且紫外波段的透過率受載流子濃度影響小，在制備深紫外光電器件方面優(yōu)勢(shì)明顯。
5.熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)
基于氧化鎵優(yōu)異的物理性質(zhì)，氧化鎵在制作高壓功率器件、射頻器件、深紫外光電器件等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。
圖3 氧化鎵單晶物性參數(shù)及氧化鎵功率晶體管基準(zhǔn)圖
（Ref: S. J. Pearton, et al., Appl. Phys. Rev., 5, 2018, 011301;A. J. Green, et al., APL Mater., 10, 2022, 029201）
02 氧化鎵應(yīng)用前景廣闊
1.功率器件領(lǐng)域
尤其是大于650V的中壓、高壓以及特高壓功率器件領(lǐng)域，比如新能源汽車快充、工業(yè)電源、電網(wǎng)高壓功率模塊等。目前，氧化鎵功率器件多集中于肖特基二極管(SBD)與場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)兩種器件結(jié)構(gòu)。其中，氧化鎵基 SBD具有更快的開關(guān)速度、更高的效率、更好的導(dǎo)電性和高溫可操作性；氧化鎵基 MOSFETS 可以在保證低損耗的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)大電流和高電壓的快速切換。以新能源汽車為例，采用氧化鎵功率器件有助于高壓電氣系統(tǒng)電壓向 1200V甚至更高電壓提升，未來氧化鎵有望將新能源汽車的充電時(shí)間縮短至現(xiàn)在的 1/4，實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)快速充電。此外，作為電力電子器件來說，氧化鎵器件電能損耗遠(yuǎn)低于硅基、碳化硅器件，因此氧化鎵的應(yīng)用將會(huì)為國(guó)家雙碳戰(zhàn)略提供助力。
2.高功率射頻器件領(lǐng)域
氧化鎵的電子飽和速度、約翰遜優(yōu)值較高，在射頻器件領(lǐng)域具有很大應(yīng)用潛力，比如通信基站和雷達(dá)系統(tǒng)等，對(duì)于通信、國(guó)防、航空航天等領(lǐng)域具有重要意義。目前，制作射頻器件的主流材料為GaN，由于受限于GaN襯底昂貴的價(jià)格，業(yè)界主要使用Si、藍(lán)寶石、SiC襯底進(jìn)行異質(zhì)外延以降低成本，但如此以來襯底與外延層之間會(huì)存在晶格失配，從而導(dǎo)致質(zhì)量下降。而以氧化鎵與GaN晶格失配度較低，以氧化鎵為襯底進(jìn)行GaN外延生長(zhǎng)將會(huì)提高外延質(zhì)量，因此氧化鎵在射頻領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。
3.深紫外光電器件領(lǐng)域
氧化鎵還可用于日盲探測(cè)、輻射探測(cè)等特有領(lǐng)域。“日盲”紫外探測(cè)是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型探測(cè)技術(shù)，主要應(yīng)用于紫外預(yù)警、紫外偵察、紫外制導(dǎo)和紫外非視線通訊等軍事領(lǐng)域，以及環(huán)境監(jiān)測(cè)、生化檢測(cè)、工業(yè)燃燒過程控制、醫(yī)學(xué)紫外成像等民用領(lǐng)域。
未來，隨著氧化鎵應(yīng)用的推廣及成熟化，還有望應(yīng)用于空間技術(shù)、商業(yè)航空及低空經(jīng)濟(jì)等前沿領(lǐng)域。未來，氧化鎵的日盲特性、耐輻射、抗極端環(huán)境的特質(zhì)將延伸至空間飛行器上的高可靠性電子器件等空間科技領(lǐng)域，有助于提升空間電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命。在商業(yè)航空方面，氧化鎵的高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度和低導(dǎo)通電阻特性，使其適合用于制造航空電子設(shè)備中的功率器件，可賦能飛機(jī)電力系統(tǒng)的輕量化與高效化；基于其光電特性可制作成各種傳感器，有助于提高飛機(jī)的安全性和維護(hù)效率。對(duì)于蓬勃發(fā)展的低空經(jīng)濟(jì)，其在無人機(jī)超快充電模組、通信基礎(chǔ)設(shè)施等方面中的應(yīng)用潛力同樣值得期待。當(dāng)前我國(guó)已形成從晶體生長(zhǎng)到器件設(shè)計(jì)的全鏈條研發(fā)體系，隨著產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新和上下游聯(lián)動(dòng)深化，這種戰(zhàn)略級(jí)新材料或?qū)⒊蔀閷捊麕О雽?dǎo)體家族中閃耀的新星。
三、相約SEMICON 盛會(huì)
恰逢SEMICON CHINA 2025在上海新國(guó)際博覽中心(上海市浦東新區(qū)龍陽路2345號(hào))隆重舉行，鎵仁半導(dǎo)體將出席本次盛會(huì)并展出8英寸氧化鎵晶圓襯底。鎵仁半導(dǎo)體將在現(xiàn)場(chǎng)等候您的蒞臨，共同交流產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，溝通最新科研技術(shù)，探討行業(yè)新思路，發(fā)展新模式，謀求新合作! 在此，誠(chéng)摯邀請(qǐng)您蒞臨我司展位N1-1151。
四、鎵仁半導(dǎo)體自研氧化鎵專用 VB法晶體生長(zhǎng)設(shè)備全面開放銷售
鎵仁半導(dǎo)體不僅提供氧化鎵單晶襯底產(chǎn)品，還全面開放氧化鎵專用VB法晶體生長(zhǎng)設(shè)備及配套工藝包的銷售。
2024年9月，鎵仁半導(dǎo)體推出了首臺(tái)自研氧化鎵專用晶體生長(zhǎng)設(shè)備，不僅能夠滿足氧化鎵生長(zhǎng)對(duì)高溫和高氧環(huán)境的需求，而且能夠進(jìn)行全自動(dòng)化晶體生長(zhǎng)，減少了人工干預(yù)，顯著提高了生產(chǎn)效率和晶體質(zhì)量。
該設(shè)備通過工藝控制可獲得多種不同晶面的大尺寸單晶，且支持向更大尺寸單晶的升級(jí)，滿足高校、科研院所、企業(yè)客戶對(duì)氧化鎵晶體生長(zhǎng)的科研、生產(chǎn)等各項(xiàng)需求。該型氧化鎵VB法長(zhǎng)晶設(shè)備及其工藝包已全面開放銷售。
(來源：鎵仁半導(dǎo)體)
