氧化鎵的案例
智芯研報 | 氧化鎵——新一代半導體材料
從上圖IEEE測試數據中也可以看出，氧化鎵在臨界電場強度和禁帶寬度占有絕對優勢。
氧化鎵分為α、β、γ、δ和ε五種結晶形態，其中最為穩定的是β-氧化鎵，其次是ε和α，目前大部分研究和開發也是針對禁帶寬度在4.7eV和4.9eV之間的β-氧化鎵進行。
2012年，日本NICT開發出了首個單晶β-氧化鎵晶體管，其擊穿電壓就已經達到了250V以上，要知道氮化鎵可是經過了近20年的發展才跨過這個里程碑。而且β-氧化鎵的生長速率快于碳化硅和氮化鎵，襯底工藝也相對較簡單。
但對合適的半導體材料來說，僅有寬禁帶是遠遠不夠的，氧化鎵同樣擁有自己的局限性，比方說它的導熱能力差，甚至低于砷化鎵。與導熱性能強的碳化硅相比，氧化鎵的導熱性只有前者的十分之一。
這意味著晶體管中產生的熱量難以發散，很有可能限制設備的壽命。其次，氧化鎵制造p型半導體的難度較高，這兩點也成了氧化鎵商用普及的限制條件，需要業內投入更多精力和人才來解決。
除了材料性能優異如帶隙比碳化硅和氮化鎵大，利用 Ga 2 O 3 作為半導體材料的主要原因是其生產成本較低。
隨著氧化鎵晶體生長技術的突破性進展，氧化稼和藍寶石一樣，可以從溶液狀態轉化成塊狀（Bulk）單結晶狀態。
可以通過運用與藍寶石晶圓生產技術相同的EFG（Edge-defined Film-fed Growth）方法，做出氧化鎵晶圓，成熟的生產工藝會大幅度降低生產成本。
因為擁有如此多的優勢，氧化鎵被看作一個比氮化鎵擁有更廣闊前景的技術。
展開 要挑戰SiC和GaN的功率半導體氧化鎵是何方神圣？
對于像電動汽車充電站這樣的系統，我們需要能夠在比硅基器件更高的功率水平下工作的MOSFET，而氧化鎵可能就是解決方案。為了實現這些先進的MOSFET，該團隊確定了需要改進柵極電介質，以及更有效地從器件中釋放熱量的熱管理方法。
結語
氧化鎵是一種新興的功率半導體材料，其禁帶寬度大于硅，氮化鎵和碳化硅，在高功率應用領域的應用優勢愈加明顯。但氧化鎵不會取代SiC和GaN，后兩者是硅之后的下一代主要半導體材料。
氧化鎵更有可能在擴展超寬禁帶系統可用的功率和電壓范圍方面發揮作用。而最有希望的應用可能是電力調節和配電系統中的高壓整流器，如電動汽車和光伏太陽能系統。
但是，在成為電力電子產品的主要競爭者之前，氧化鎵仍需要開展更多的研發和推進工作，以克服自身的不足。
來源：半導體行業觀察 張健
展開 第四代半導體材料呼之欲出 —— 氧化鎵或將站上C位
隨著電動車和便攜式用電的需求成為主流，功率器件的重要程度日益提高，而日本已經明顯在第四代半導體的氧化鎵材料方面處于領先優勢，日本半導體界也將Ga2O3作為日本半導體產業“復興的鑰匙”，已在國內掀起研發和應用的熱潮。與此同時，美國、中國、歐洲等也正在試圖追趕，可以想到的是，美日雙方從材料供應到技術合作必然要比中日合作更加深入，這場功率器件競賽已然拉開帷幕，而中國將可能獨自前行。
我國在這方面的研究仍比較欠缺，在日本已經可以推出批量產品、我國國內市場每年翻倍的當下，國內產業化程度仍處于非常初級的階段。盡管我國起步較晚，但對于氧化鎵等第四代半導體材料的研究卻也在推進中。
與日本相比，我國在氧化鎵技術研究領域實力較弱，但我國半導體市場龐大，對相關材料需求旺盛，為從制造大國向制造強國轉變，先進材料必不可少，氧化鎵必須實現國產化生產。長期來看，我國氧化鎵行業前途光明，但短期內技術瓶頸突破壓力較大。
我國其實開展氧化鎵研究已經十余年，
經過多年探索，2019年2月，中國電科46所采用導模法成功制備出高質量的4英寸氧化鎵單晶，其結晶質量良好，為我國氧化鎵行業發展提供了新的技術路線。
第四代半導體因其優越的性能，可在眾多領域廣泛應用，也成為國際社會科技競爭的要點之一。發展第四代半導體產業已勢在必行，如何抓住機遇占領高地，也是我們應該思考的問題。
展開 利用機器學習結合實驗揭示非晶氧化鎵原子結構與熱輸運的關系
圖3.非晶氧化鎵短程及中程有序結構的特征分析。
圖4.不同非晶氧化鎵體系的參與比倒數及振動模態擴散率分布果。
圖5.非晶氧化鎵的密度、組分比及結構描述器SSF與熱導率之間的關系。
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★ 平臺聲明
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聚焦 | 功率半導體預測，氧化鎵前景可期
延伸閱讀：日本量產「氧化鎵」4吋晶圓全球首創
根據《日本經濟新聞》日前報導，日本新創公司Novel Crystal Technology, Inc. 在同(16) 日宣布，該公司領先全球、成功完成了新一代半導體材料「氧化鎵」(Ga2O3 ) 的4 吋(100mm) 晶圓量產。
氧化鎵的發展潛力廣受電子業界看好、被視為是新一代的半導體材料。而氧化鎵作為新一代的半導體材料、業界也期待能在電動車領域獲得廣泛應用。
氧化鎵作為新一代電力控制用功率半導體(Power Semiconductors)，除了比起以往的電子元件更有效率，在晶圓價格方面也比SiC 等要更為低廉。
依照Novel Crystal 目前的規劃，他們估計氧化鎵的晶圓在2021 年內就能開始供應。
展開 日本Novel Crystal宣布量產氧化鎵4吋晶圓
在同 (16) 日宣布，該公司領先全球、成功完成了新一代半導體材料「氧化鎵」(Ga2O3) 的 4 吋 (100mm) 晶圓量產。
氧化鎵的發展潛力廣受電子業界看好、被視為是新一代的半導體材料。而氧化鎵作為新一代的半導體材料、業界也期待能在電動車領域獲得廣泛應用。
氧化鎵作為新一代電力控制用功率半導體 (Power Semiconductors)，除了比起以往的電子元件更有效率，在晶圓價格方面也比 SiC 等要更為低廉。
依照 Novel Crystal 目前的規劃，他們估計氧化鎵的晶圓在 2021 年內就能開始供應。由于客戶們可利用現有的 4 吋晶圓設備來進行新一代產品的生產，過去投資的老舊設備也可以進行有效利用。
日本從事電子零組件制造、有向 Novel Crystal 進行投資的田村制作所 (Tamura Corporation)(6768-JP) 的股價也在 16 日出現漲停。
Novel Crystal 原本是田村制作所的一部分，在 2015 年經過分拆之后、成為一家新創公司。
目前除了田村制作所有投資 Novel Crystal 之外，亞洲最大的平板玻璃制造廠商日本 AGC(5201-JP) 等也都有出資。
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展開 功率器件 | 日本團隊合作開發出高品質第三代100mm氧化鎵外延片
CINNO Research產業資訊，由日本電子零部件企業田村製作所和AGC等出資成立的Novell Crystal Technology，與佐賀大學合作成功開發出第三代氧化鎵100mm外延片。這次研發屬于NEDO（日本國立產業技術綜合開發機構）戰略節能技術創新計劃中, "β-Ga2O3肖特基勢壘二極管商業化開發 "項目的一部分。在本次研發中，外延片制造技術得到了改進，將抑制大電流氧化鎵功率器件發展的降低擊穿電壓特性的缺陷減少到上一代產品的十分之一。
據NEDO官網介紹，這一研發成果將能夠使氧化鎵功率器件被廣泛應用于需要100A級功率器件的市場，如電車、工業設備和電動汽車等，并有望在實現碳中和以及節能方面取得重大進展。
圖1 使用第三代β-Ga2O3 100mm外延片制作的肖特基勢壘二極管樣品
最大芯片尺寸10mm×10mm
1.概述
氧化鎵（β-Ga2O3）作為一種能夠以低成本實現低功率損耗的功率器件新材料而備受關注。功率器件在各種電氣設備中被用于控制電壓和電流，如家用電器、汽車、電車和工業設備等。傳統的功率器件一般使用硅制成，但在功率控制過程中產生的功率損失問題一直亟需解決。
展開 功率半導體GaO開始挑戰GaN和SiC
“氧化鎵可以讓我們在使用更少的材料時達到并最終超過硅基器件。這可催生出更輕、更省油的電動汽車。”
然而，要實現這一目標，必須解決一些挑戰，他說。特別是，必須設計基于氧化鎵的系統以克服材料的低導熱性。
該研究得到了美國國家科學基金會，紐約州立大學材料與先進制造卓越網絡以及布法羅大學環境與水資源研究與教育研究所（RENEW）的支持。
更多的氧化鎵研究
其他研究人員也正在研究氧化鎵。在AIP出版社發表在應用物理快報上的一篇文章中，作者Higashiwaki和Jessen概述了使用氧化鎵生產微電子的案例。作者專注于場效應晶體管（FET），這些器件可以從氧化鎵的大臨界電場強度中獲益。Jessen所說的質量可以實現具有更小幾何結構的FET的設計以及可以破壞任何其他FET材料的侵蝕性摻雜分布。
“微電子世界最大的缺點之一就是充分利用電源：設計人員總是希望減少過多的電力消耗和不必要的熱量產生，”空軍研究實驗室的首席電子工程師Gregg Jessen說。“通常，您可以通過縮小設備來實現此目的。但是，目前使用的技術已經接近其許多應用所需的工作電壓極限。它們受到了臨界電場強度的限制。”
該材料在各種應用中的靈活性源于其廣泛的可能導電性 - 由于其電場強度，從高導電性到非常絕緣性和高擊穿電壓能力。因此，氧化鎵可以達到極端程度。大面積的氧化鎵晶圓也可以從熔體中生長，從而降低了制造成本。
“下一個氧化鎵應用將是電源的單極FET，”Jessen說。“臨界場強是這里的關鍵指標，它具有卓越的能量密度能力。
展開 功率半導體GaO開始挑戰GaN和SiC
“氧化鎵可以讓我們在使用更少的材料時達到并最終超過硅基器件。這可催生出更輕、更省油的電動汽車。”
然而，要實現這一目標，必須解決一些挑戰，他說。特別是，必須設計基于氧化鎵的系統以克服材料的低導熱性。
該研究得到了美國國家科學基金會，紐約州立大學材料與先進制造卓越網絡以及布法羅大學環境與水資源研究與教育研究所（RENEW）的支持。
更多的氧化鎵研究
其他研究人員也正在研究氧化鎵。在AIP出版社發表在應用物理快報上的一篇文章中，作者Higashiwaki和Jessen概述了使用氧化鎵生產微電子的案例。作者專注于場效應晶體管（FET），這些器件可以從氧化鎵的大臨界電場強度中獲益。Jessen所說的質量可以實現具有更小幾何結構的FET的設計以及可以破壞任何其他FET材料的侵蝕性摻雜分布。
“微電子世界最大的缺點之一就是充分利用電源：設計人員總是希望減少過多的電力消耗和不必要的熱量產生，”空軍研究實驗室的首席電子工程師Gregg Jessen說。“通常，您可以通過縮小設備來實現此目的。但是，目前使用的技術已經接近其許多應用所需的工作電壓極限。它們受到了臨界電場強度的限制。”
該材料在各種應用中的靈活性源于其廣泛的可能導電性 - 由于其電場強度，從高導電性到非常絕緣性和高擊穿電壓能力。因此，氧化鎵可以達到極端程度。大面積的氧化鎵晶圓也可以從熔體中生長，從而降低了制造成本。
“下一個氧化鎵應用將是電源的單極FET，”Jessen說。“臨界場強是這里的關鍵指標，它具有卓越的能量密度能力。
展開 高效能半導體器件進展與展望
1.2 超寬禁帶半導體氧化鎵材料與器件
寬禁帶半導體材料已經能較好支撐高效能半導體器件的發展。近幾年來，學術界正在發展超寬禁帶半導體氧化鎵，Ga2O3具有4.8eV的禁帶寬度。超寬禁帶半導體在理論上具備更高的擊穿電壓、更大的功率密度，為高功率、高壓器件的發展提供了新的思路，讓我們對未來半導體器件的發展充滿期望。
目前，西安電子科技大學自主研發了氧化鎵金屬有機化合物化學氣相淀積(
metal-organic chemical vapor deposition， MOCVD
)設備，該設備已經能夠支撐超寬禁帶半導體材料及器件的研究。2020 年，中電科13 所與西安電子科技大學合作研發Ga2O3金屬氧化物半導體場效應晶體管(
metal-oxide-semiconductor field- effect transistor， MOSFET
) 器件，如圖3，采用柵極和源極復合場板結構，實現了高達2.9 kV的擊穿電壓，功率指數因子達278 MW/em2，這是目前國際上MOSFET器件達到的最高功率因子；同年，西安電子科技大學還采用鐵電柵介質HZO誘導勢壘捕獲電子耗盡溝道實現了擊穿電壓為2.1kV的器件，也是目前國際上達到最高功率因子200 MW/em的平面增強型FET。
圖2: 波段大功率氮化鎵器件
圖3:柵源復合場板結構氧化鎵MOSFET器件耐高壓特性
然而，
氧化鎵材料的短板主要在于導電性能較差
。
因此，上海微系統所和西安電子科技大學合作開展智能離子刀轉移晶圓級氧化鎵薄膜于高導熱襯底的研究。
展開 2026深圳國際第四代半導產業大會
█展品范圍：
1、超寬禁帶材料：氧化鎵（Ga?O?，禁帶4.9eV）、金剛石（C，禁帶5.5eV）、氮化鋁（AlN，禁帶6.2eV）。
2 、超窄禁帶材料：銻化鎵（GaSb）、銻化銦（InSb）等。
3 、生產設備：單晶襯底生長設備、刻蝕與拋光設備、離子注入機、薄膜沉積設備、光刻與刻蝕設備、封裝測試設備等：
█展位收費：
參展項目，規格及要求，國內企業，合資企業，外資企業
標準展位，3m x 3m，17800元/個/展期，22800元/個/展期，5000美元/個/展期
雙開展位，3m x 3m，19800元/個/展期，25800元/個/展期，5500美元/個/展期
室內空地，36m2起訂，1800元/ m2/展期，2300元/ m2/展期，550美元/ m2/展期
█展位說明：
1、標準展位配置：中英文楣板、日光燈兩盞、隔板（高度250cm,可用高度246cm)、洽談桌一張、椅子兩把、可容400W/220V電源插座一個及地毯；
2、訂光地的展商自行負責展位布置的所需費用，詳見參展商手冊。
█贊助方案：
背景板60000元/座；手提袋60000元/2萬個；展廳吊旗30000元/幅；充氣拱門30000元/座；展廳指示牌10000元/幅；展廳地貼5000元/個
█展會會刊：
封面25000元；封底20000元；封一、二15000元；封三8000元；內彩頁5000元；公司介紹2000元
◆新技術發布會、新產品推廣會，專題研討會
注：會刊版面規格（210mm ╳ 142.5mm)、進口銅版紙、四色精印、版面內容由展商自行設計。
展開 
第四代半導體技術原理與優勢，為何值得期待？
來源：科技新報（臺） 作者：洪瑞華
隨著以SiC與GaN為主的第三代半導體應用逐漸落地，被視為第四代之超寬禁帶氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料，成為下一波矚目焦點，特別是Ga2O3 在超高功率元件應用有著不容小覷的潛力，而其優勢與產業前景又究竟為何？
Ga2O3 技術原理與優勢
雖然以Si基板為主的組件已主導現今科技產業之IC與相關之電子元件，然而此類產品仍面臨許多極限，無論在高功率或是高頻元件與系統，除不斷精進結構設計外，新興材料亦推陳出新。特別是第三代半導體以SiC與GaN為主之高功率元件與系統，在大電力與高頻元件上被賦予重任，更已陸續應用在相關之產業。
盡管如此，被視為第四代之超寬禁帶氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料，特別是Ga2O3 因其基板制作相較于SiC與GaN更容易，又因為其超寬禁帶的特性，使材料所能承受更高電壓的崩潰電壓和臨界電場，使其在超高功率元件之應用極具潛力。
▲ 上圖（a）為現今常用之半導體材料所適用之頻率與工作功率范圍，（b）為現今常用之半導體材料其對應之能隙與崩潰電場。可發現 Ga2O3 應用之功率范圍高達 1 kW-10 kW。
展開 第四代半導體技術原理與優勢，為何值得期待？
隨著以SiC與GaN為主的第三代半導體應用逐漸落地，被視為第四代之超寬禁帶氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料，成為下一波矚目焦點，特別是Ga2O3在超高功率元件應用有著不容小覷的潛力，而其優勢與產業前景又究竟為何？
Ga2O3技術原理與優勢
雖然以Si基板為主的組件已主導現今科技產業之IC與相關之電子元件，然而此類產品仍面臨許多極限，無論在高功率或是高頻元件與系統，除不斷精進結構設計外，新興材料亦推陳出新。特別是第三代半導體以SiC與GaN為主之高功率元件與系統，在大電力與高頻元件上被賦予重任，更已陸續應用在相關之產業。
盡管如此，被視為第四代之超寬禁帶氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料，特別是Ga2O3因其基板制作相較于SiC與GaN更容易，又因為其超寬禁帶的特性，使材料所能承受更高電壓的崩潰電壓和臨界電場，使其在超高功率元件之應用極具潛力。
上圖（a）為現今常用之半導體材料所適用之頻率與工作功率范圍，（b）為現今常用之半導體材料其對應之能隙與崩潰電場。
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來源：科技新報（臺）
作者：洪瑞華
隨著以SiC與GaN為主的第三代半導體應用逐漸落地，被視為第四代之超寬禁帶氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料，成為下一波矚目焦點，特別是Ga2O3 在超高功率元件應用有著不容小覷的潛力，而其優勢與產業前景又究竟為何？
Ga2O3 技術原理與優勢
雖然以Si基板為主的組件已主導現今科技產業之IC與相關之電子元件，然而此類產品仍面臨許多極限，無論在高功率或是高頻元件與系統，除不斷精進結構設計外，新興材料亦推陳出新。特別是第三代半導體以SiC與GaN為主之高功率元件與系統，在大電力與高頻元件上被賦予重任，更已陸續應用在相關之產業。
盡管如此，被視為第四代之超寬禁帶氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料，特別是Ga2O3 因其基板制作相較于SiC與GaN更容易，又因為其超寬禁帶的特性，使材料所能承受更高電壓的崩潰電壓和臨界電場，使其在超高功率元件之應用極具潛力。
▲ 上圖（a）為現今常用之半導體材料所適用之頻率與工作功率范圍，（b）為現今常用之半導體材料其對應之能隙與崩潰電場。
展開 智芯研報｜第四代半導體GaO將在未來3-5年釋放驚人潛力
② 成本
預計當技術成熟時，即良率相同的情況下，碳化硅比氧化鎵的成本至少貴30%，而且尺寸越大，成本差距越明顯，氧化鎵優勢越大。
③ 優勢
目前液相SiC技術尚處在實驗室階段，從理論上看，該技術生成的SiC晶體質量會更高，不僅位錯降一個數量級，而且因成品率提高（液相SiC天然較氣相SiC成品率高），使得成本差不多相較當前的氣相法SiC能降50%。而且與無銥GaO一樣的是，尺寸越大成本降低越明顯。
④ 瓶頸
液相SiC技術有一些需要克服的關鍵工藝問題。該技術使用溶液法，核心原理是使用了助溶劑，通過助溶劑中材料的析出實現降低熔點的目的，該技術下工藝溫度為1700~1800℃，而此前由于SiC材料在溫度還未達到熔點融化就升華了。日本、國內某研究所以及我國某創業公司的技術路線基本相同，未來主要區別在于技術細節的把控和對下列問題的解決：
一是生產中爐內缺乏可視系統，導致成品率無法保證，尤其是籽晶接觸液面缺乏探測手段，籽晶很薄只有1毫米，過淺尚未接觸無法結晶，過深沒入液面無法生長，需要特殊的控制手段。
二是溶劑，碳在溶劑里面溶解度很低，如果超出就形成碳簇，會圍繞碳簇形成多晶，導致生產失敗，因此工藝上對熱場和流場的要求很高，需要穩定和合理的工藝控制技術。
展開 