三菱電機(jī)公司今天宣布，它已入股Novel Crystal Technology, Inc.——一家開發(fā)和銷售氧化鎵晶圓的日本公司，氧化鎵晶圓是一個很有前途的候選者。三菱電機(jī)打算加快開發(fā)優(yōu)質(zhì)節(jié)能功率半導(dǎo)體，以支持全球脫碳。
Novel Crystal Technology 目前是世界上較早開發(fā)、制造和銷售用于功率半導(dǎo)體的氧化鎵晶圓的公司之一，現(xiàn)在是這些產(chǎn)品的領(lǐng)先生產(chǎn)商，三菱電機(jī)將在其氧化鎵功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)中使用其制造技術(shù)。
三菱電機(jī)現(xiàn)在期望通過將其在低能量損耗、高可靠性功率半導(dǎo)體的設(shè)計和制造方面的專業(yè)知識與Novel Crystal Technology在鎵生產(chǎn)方面的專業(yè)知識相結(jié)合，加速其卓越節(jié)能氧化鎵功率半導(dǎo)體的開發(fā)-氧化物晶片。
Source：拍信網(wǎng)
氧化鎵，半導(dǎo)體界“超新星”
以碳化硅(SiC)為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，憑借耐高溫、抗高壓、開關(guān)速度快、效率高、節(jié)能、壽命長等特點，近年來被國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)持續(xù)關(guān)注和布局。
目前，寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展勢頭正猛，超禁帶半導(dǎo)體也悄然入局。氧化鎵（Ga2O3）作為第四代半導(dǎo)體的代表，被視為“替代碳化硅和氮化鎵”的新一代半導(dǎo)體材料。
氧化鎵相對于碳化硅，具備超寬禁帶寬度（4.2~4.9eV）、高相對介電系數(shù)、超高臨界擊穿場強(qiáng)（8MV/cm）、較短的吸收截止邊及超強(qiáng)的透明導(dǎo)電性等優(yōu)異的物理性能。氧化鎵器件的導(dǎo)通特性幾乎是于碳化硅的10倍，理論擊穿場強(qiáng)是碳化硅的3倍多。
此外，它的化學(xué)和熱穩(wěn)定性也較為良好，同時能以比碳化硅和氮化鎵更低的成本獲得大尺寸、高質(zhì)量、可摻雜的塊狀單晶。
但另一方面，氧化鎵的遷移率和導(dǎo)熱率低，不及碳化硅和氮化鎵，可能受到自熱效應(yīng)影響，從而導(dǎo)致設(shè)備性能下降；氧化鎵實現(xiàn)p型摻雜難度較大，難以制造p型半導(dǎo)體，成為實現(xiàn)高性能器件的主要障礙。
日本氧化鎵產(chǎn)業(yè)較為領(lǐng)先
氧化鎵主要應(yīng)用于通信、雷達(dá)、航空航天、高鐵動車、新能源汽車等領(lǐng)域的輻射探測領(lǐng)域的傳感器芯片，以及在大功率和超大功率芯片。
目前，各國半導(dǎo)體企業(yè)都在爭相布局氧化鎵，但均在產(chǎn)業(yè)化前夜。
國際方面，日本較為領(lǐng)先。早在2008年，京都大學(xué)的藤田教授就發(fā)布了氧化鎵深紫外線檢測和SchottkyBarrier Junction、藍(lán)寶石（Sapphire）晶圓上的外延生長（Epitaxial Growth）等研發(fā)成果。
2012年，日本率先實現(xiàn)2英寸氧化鎵材料的突破，NCT氧化鎵材料尺寸可達(dá)到6英寸；2015年，推出了高質(zhì)量氧化鎵單晶襯底，2016年又推出了同質(zhì)外延片，此后基于氧化鎵材料的器件研究成果開始爆發(fā)式出現(xiàn)，各國開始爭相布局。
2021年，Novel Crystal Technology成功量產(chǎn)4吋氧化鎵晶圓，并于今年開始供應(yīng)客戶晶圓。據(jù)報道，該公司成功量產(chǎn)新一代功率半導(dǎo)體材料氧化鎵制成的4吋晶圓，成為全球首家完成量產(chǎn)企業(yè)，而且該晶圓可以使用原有4吋晶圓設(shè)備制造生產(chǎn)，有效運用過去投資的老設(shè)備，預(yù)計2021年內(nèi)開始供應(yīng)晶圓。此外，Novel Crystal Technology還計劃在2023年供應(yīng)6吋晶圓。
今年4月，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）宣布，作為NEDO推動的“戰(zhàn)略節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新計劃”的一部分，Novel Crystal Technology正在致力于β-Ga2O3肖特基勢壘二極管的商業(yè)化開發(fā)。宣布已成功確認(rèn)氧化鎵 (β-Ga2O3) 肖特基勢壘二極管 (SBD)的運行。
國內(nèi)氧化鎵產(chǎn)業(yè)進(jìn)展如何？
國內(nèi)方面，2017年，科技部高新司從出臺的重點研發(fā)計劃，把“氧化鎵”列入到其中；2018年，北京市科委對前沿新材料率先開展了研究工作，并且把“氧化鎵”列為重點項目。
據(jù)了解，目前我國從事氧化鎵材料和器件研究單位，主要是中電科46所、西安電子科技大學(xué)、山東大學(xué)、上海光機(jī)所、上海微系統(tǒng)所、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)等高校及科研院所；企業(yè)方面有銘鎵半導(dǎo)體、深圳進(jìn)化半導(dǎo)體、北京鎵族科技、杭州富加鎵業(yè)等。
中國電科46所分別于2016年和2018年相繼制備出了國內(nèi)第一片高質(zhì)量的2英寸氧化鎵單晶和4英寸氧化鎵單晶。
2022年3月，中國電科46所再次成功研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高耐壓性能半導(dǎo)體材料——HVPE氧化鎵同質(zhì)外延片，填補了國內(nèi)技術(shù)空白。
同年12月，銘鎵半導(dǎo)體使用導(dǎo)模法成功制備了高質(zhì)量4英寸（001）主面氧化鎵（β-Ga2O3）單晶，完成了4英寸氧化鎵晶圓襯底技術(shù)突破。
2023年2月，中國電科46所成功制備出我國首顆6英寸氧化鎵單晶，達(dá)到國際最高水平。
據(jù)悉，中國電科46所氧化鎵團(tuán)隊聚焦多晶面、大尺寸、高摻雜、低缺陷等方向，從大尺寸氧化鎵熱場設(shè)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)，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(jìn)程和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。（文：集邦化合物半導(dǎo)體 Doris整理）
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