?半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)獲悉：2025年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”)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。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)，刷新了氧化鎵單晶尺寸的全球紀(jì)錄，也創(chuàng)造了從2英寸到8英寸，每年升級(jí)一個(gè)尺寸的行業(yè)記錄。
中國氧化鎵率先進(jìn)入8英寸時(shí)代，具有深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)意義。
首先，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(huì)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。
最后，中國率先突破8英寸技術(shù)壁壘，不僅標(biāo)志著我國在超寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，更為我國氧化鎵產(chǎn)業(yè)在全球半導(dǎo)體競(jìng)爭中搶占了先機(jī)，有力推動(dòng)我國在全球半導(dǎo)體競(jìng)爭格局中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。
圖1 鎵仁半導(dǎo)體8英寸氧化鎵單晶
圖2 鎵仁半導(dǎo)體氧化鎵單晶尺寸快速演進(jìn)
一、氧化鎵簡介
半導(dǎo)體材料是現(xiàn)代信息技術(shù)及電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，是衡量一個(gè)國家科技水平與綜合國力的重要標(biāo)志。半導(dǎo)體材料發(fā)展已經(jīng)歷了以Si、Ge為代表的第一代半導(dǎo)體材料，以GaAs、InP為代表的第二代化合物半導(dǎo)體材料，以及以SiC、GaN為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料。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(β-Ga2O3)具有優(yōu)異的物理性質(zhì)
氧化鎵單晶禁帶寬度約為4.8 eV，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；
并且氧化鎵的巴利加優(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；
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；
同時(shí)，氧化鎵單晶還具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性。
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和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、氧化鎵具有廣闊的應(yīng)用前景
首先，氧化鎵在功率器件領(lǐng)域應(yīng)用前景值得期待，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。
其次，氧化鎵也是潛在的高功率射頻器件襯底材料，比如通信基站和雷達(dá)系統(tǒng)等。
第三，由于氧化鎵在深紫外光電器件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其還可用于日盲探測(cè)、輻射探測(cè)等特有領(lǐng)域。
未來如果氧化鎵能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，我們的生活將會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。
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，碳化硅可以比硅基要低大概70%的能源損耗，氧化鎵又比碳化硅低80%的電能損耗，因此氧化鎵的應(yīng)用將會(huì)為國家雙碳戰(zhàn)略提供助力。
03、氧化鎵適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化
首先，氧化鎵在晶體生長方面有顯著的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)。氧化鎵單晶與Si單晶等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料類似，可采用熔體法進(jìn)行生長，并且是目前唯一可用常壓熔體法進(jìn)行大尺寸晶體生長的超寬禁帶半導(dǎo)體，相比于氣相法等晶體生長方法，熔體法有利于獲得大尺寸、高質(zhì)量單晶，而且晶體生長速度快、效率高，同時(shí)還具備低成本、大規(guī)模量產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。
其次，氧化鎵在切磨拋等加工方面也同樣適合產(chǎn)業(yè)化。一方面，氧化鎵的硬度(6)與Si單晶的硬度(6.5)接近，遠(yuǎn)小于碳化硅(9.2)，降低了加工難度，比如8英寸碳化硅切片需要約200小時(shí)，而同等尺寸氧化鎵切片僅需約20小時(shí)，相比之下加工效率提升10倍；另一方面，氧化鎵可以直接沿用硅成熟的加工設(shè)備技術(shù)，這減少了氧化鎵在加工設(shè)備上的研發(fā)周期與研發(fā)投入，有利于氧化鎵的迅速產(chǎn)業(yè)化。
二、鑄造法簡介
01、鑄造法的由來及優(yōu)勢(shì)
鑄造法是由浙江大學(xué)楊德仁院士團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，用于生長氧化鎵單晶的新型熔體法技術(shù)。鑄造法具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：
第一，鑄造法成本低，由于貴金屬Ir的用量及損耗相比其他方法大幅減少，成本顯著降低；
第二，鑄造法效率高，鑄造法晶體生長速度快（~100mm/h），單個(gè)晶錠厚度大（20mm以上），因此單錠出片量大，生產(chǎn)效率高；
第三，鑄造法簡單可控，其工藝流程短、效率高、尺寸易放大；
第四，鑄造法擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，中國、日本、美國專利均已授權(quán)，為突破國外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
02、鎵仁半導(dǎo)體鑄造法氧化鎵單晶發(fā)展歷程
從 2022 年鎵仁半導(dǎo)體公司成立至今，鑄造法氧化鎵單晶尺寸實(shí)現(xiàn)了每年提升一代尺寸的高速發(fā)展，展現(xiàn)了自主創(chuàng)新的技術(shù)實(shí)力。2022年5月，成功生長2英寸氧化鎵單晶；2023年5月，成功生長4英寸氧化鎵單晶；2024年2月，成功生長6英寸氧化鎵單晶；2025年2月，鎵仁成功生長8英寸氧化鎵單晶。
03、鑄造法已逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化且產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異
鎵仁半導(dǎo)體氧化鎵鑄造法已逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，為下游客戶提供大尺寸高質(zhì)量的氧化鎵單晶襯底產(chǎn)品。目前，鎵仁半導(dǎo)體6英寸襯底已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷售出貨。
圖4 鎵仁半導(dǎo)體氧化鎵單晶襯底產(chǎn)品的第三方檢測(cè)報(bào)告
（左圖為電學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果，導(dǎo)電型晶體電阻率25mΩ·cm、載流子濃度2.9×1018cm-1，UID晶體電阻率664mΩ·cm、載流子濃度6.9×1016cm-1；右圖為結(jié)晶質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果，XRD 半高全寬（FWHM）為19arcsec）
三、鎵仁半導(dǎo)體自研氧化鎵專用
VB法晶體生長設(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設(shè)備，不僅能夠滿足氧化鎵生長對(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，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)氧化鎵晶體生長的科研、生產(chǎn)等各項(xiàng)需求。該型氧化鎵VB法長晶設(shè)備及其工藝包已全面開放銷售。
四、公司簡介
杭州鎵仁半導(dǎo)體有限公司成立于2022年9月，目前坐落于杭州市蕭山區(qū)，是一家專注于氧化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體材料及設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的科技型企業(yè)。
公司依托浙江大學(xué)硅及先進(jìn)半導(dǎo)體材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心，已形成一支以中科院院士楊德仁為首席顧問的研發(fā)和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)。公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)了鑄造法氧化鎵單晶生長新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了8英寸單晶生長技術(shù)突破，成為國際首家掌握該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化公司，尺寸指標(biāo)國際領(lǐng)先；實(shí)現(xiàn)了3英寸晶圓級(jí)（010）單晶襯底的生產(chǎn)技術(shù)突破，為目前國際上已報(bào)導(dǎo)的最大尺寸；自主研發(fā)了VB法氧化鎵專用單晶生長設(shè)備，不僅能夠滿足氧化鎵生長對(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，減少了人工干預(yù)顯著提高了生產(chǎn)效率和晶體質(zhì)量。
公司已獲批國家級(jí)科技型中小企業(yè)、浙江省專精特新中小企業(yè)、浙江省創(chuàng)新型中小企業(yè)、浙江省科技型中小企業(yè)、杭州市企業(yè)高新技術(shù)研究開發(fā)中心。公司已申請(qǐng)國際、國內(nèi)發(fā)明專利五十余項(xiàng)，突破了西方國家在氧化鎵單晶材料上的壟斷和封鎖。
公司產(chǎn)品包括不同尺寸、晶向和電阻率的氧化鎵襯底，可定制的氧化鎵籽晶等。產(chǎn)品主要應(yīng)用于面向國家電網(wǎng)、新能源汽車、軌道交通、5G通信等領(lǐng)域的電力電子器件。經(jīng)過多年的攻關(guān)，公司已掌握從設(shè)備開發(fā)、熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、晶體生長、晶體加工等全鏈條的核心技術(shù)，可提供完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氧化鎵襯底。鎵仁半導(dǎo)體立足于解決國家重大需求，將深耕于氧化鎵上游產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)創(chuàng)新，努力為我國的電力電子等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供產(chǎn)品保障。