第四代半导体材料氧化镓，即将脱颖而出

      氧化镓是继Si、SiC及GaN后的第四代宽禁带半导体材料，是一种性能远超氮化镓的无机化合物，已知晶相共6种，包括α，β，γ 等5 种稳定相和1 个瞬态相κ－GaO，其中β 相为热力学稳定相。GaO熔点约为1793 ℃，高温下其他相均转变为β－GaO，通过熔体法只能生长获得β－GaO单晶。β－GaO在体块单晶生长方面，相对其他晶相具有明显优势。

以β-Ga2O3单晶为基础材料的功率器件具有更高的击穿电压与更低的导通电阻，从而拥有更低的导通损耗和更高的功率转换效率，在光电子器件方面有广阔的应用前景，其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意，作为半导体材料，氧化镓比现有的硅碳化钾、碳化硅材料的成本更加低廉，更容易实现高电压，并且具有保持稳定的性能，所以是一种节省电力的好材料，这种材料可以在改善电动汽车、太阳能和其他形式的可再生能源方面发挥关键作用，这种特性也会让氧化镓在未来更广泛的应用于太阳能发电、风力发电、电动汽车等领域，未来主要领域是在通信、雷达、航空航天、高铁动车、新能源汽车等的辐射探测领域的传感器芯片，以及在大功率和超大功率芯片。虽然目前还处于研发阶段，但各国半导体企业都在争相布局氧化镓。

早期领跑者

目前氧化镓已经从研发阶段进入初步商业应用阶段，美国、日本、欧洲、韩国、中国大陆和中国台湾都正在开发氧化镓晶圆和器件，在初期日本已经引领其商业化进程。氧化镓基片晶圆和器件的开发制造商脱颖而出，领先企业主要为三家公司，分别是美国凯马科技，京都大学的FLOSFIA和日本新晶科技公司，接下来让我们来看看这些早期领跑者的基本情况。

美国凯马科技公司

美国凯马科技公司成立于1998年，是北卡罗来纳州立大学的一个子公司，其业务重点是用于特种照明、激光二极管和宽带隙半导体，它在2016年将氧化镓加入其产品线，该公司拥有五种氮化镓、氮化铝晶片产品和氮化镓开关，同时在美国、中国、欧洲、日本、韩国等地方均有销售。

京都大学的FLOSFIA公司

日本FLOSFIA公司成立于2011年，其作为京都大学的一家子公司，专门利用雾状化学气相沉积技术制造氧化镓半导体器件，该公司声称已实现世界上第一个氧化镓电源装置的大规模生产，并生产了世界上效率最高的氧化钾二极管，在实现了商业化应用之后，FLOSFIA公司开始向汽车行业量产进军，并作为半导体外包商。

日本新晶科技公司

新晶科技公司是从日本日本电子元件化学品和设备制造商田村电子株式会社独立出来的子公司，该公司声称在2013年生产了世界上第一个氧化镓晶体管，为创新的下一代半导体电源器件的实际应用开辟了道路，然而最早是由日本国家信息和通信技术研究所的研究人员在前一年开发出来的，2021年12月经过四年研发新晶科技公司宣布开发出氧化镓二极管并誓言可以生产出更高效和小型化的电子产品——如光伏发电的功率转换器，工业用通用逆变器和电源供应，此外，该公司还计划在2023年下半年接受量产代工订单并开始销售。

在中国，氧化镓的研发情况又是怎么样的？

阿特科姆科技公司是一家位于中国台湾的硅锭和硅片的制造商和销售商，也经营氧化镓。在中国国内，厦门博威先进材料有限公司正处于开发该技术的早期阶段，就目前而言，残酷的现实是这两家公司都处于实验室研发阶段，似乎无法对目前处于领先地位的日本和美国企业构成竞争威胁。

但我国发展先进技术不会因为追不上别人的成就而停滞不前，据了解，目前我国从事氧化镓材料和器件研究单位，主要是中电科46所、西安电子科技大学、山东大学、上海光机所、上海微系统所、复旦大学、南京大学等高校及科研院所；企业方面有铭镓半导体、深圳进化半导体、北京镓族科技、杭州富加镓业等。近期我国也频出捷报：北京铭镓半导体有限公司使用导模法成功制备了高质量4英寸（001）主面氧化镓（β-Ga2O3）单晶，完成了4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破，并且进行了多次重复性实验，成为国内首个掌握第四代半导体氧化镓材料4英寸（001）相单晶衬底生长技术的产业化公司；在世界顶级的半导体和电子器件技术论坛IEEE IEDM上，中国科大国家示范性微电子学院龙世兵教授课题组两篇关于氧化镓器件的研究论文（高功率氧化镓肖特基二极管和氧化镓光电探测器）成功被大会接收，这也是中国科大首次以第一作者单位在IEEE IEDM上发表论文；中科大国家示范性微电子学院龙世兵教授课题组两篇关于氧化镓器件的研究论文（高功率氧化镓肖特基二极管和氧化镓光电探测器）成功被大会接收。 

小结

中国科学院院士郝跃表示，氧化镓材料是最有可能在未来大放异彩的材料之一，在未来的10年左右，氧化镓器件有可能成为有竞争力的电力电子器件，会直接与碳化硅器件竞争。业内普遍认为，氧化镓有望替代碳化硅和氮化镓成为新一代半导体材料的代表。目前，各国的半导体企业都争先恐后布局，氧化镓正在逐渐成为半导体材料界一颗冉冉升起的新星。

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