8英寸氧化镓单晶引发半导体行业关注。今年3月,杭州镓仁半导体有限公司发布全球首颗第四代半导体氧化镓8英寸单晶,刷新全球纪录,中国氧化镓率先步入8英寸时代。
半导体材料已发展到第四代。第一代是硅、锗;第二代是砷化镓、磷化铟;第三代是碳化硅、氮化镓;第四代主要包含氧化镓等超宽禁带和超窄禁带半导体材料。各代半导体各有优劣,在特定场景发挥优势,不存在完全取代关系。
第四代半导体中的氧化镓,作为超宽禁带半导体材料,禁带宽度达4.9eV,超越第三代的碳化硅和氮化镓。这使其具备耐高压、耐高温等特性。氧化镓可用于制作透明导电薄膜等,导通特性约为SiC的10倍,理论击穿场强约为SiC的3倍多,成本理论上更具优势。然而,其高熔点等特性导致大尺寸单晶制备困难,成本较高。
此前,国际上氧化镓制备能力仅达6英寸,尺寸小成本高且产业化难度大。此次8英寸氧化镓单晶的出现,大幅降低成本,提高晶圆面积利用率,与硅基晶圆厂8英寸生产线兼容,为产业化奠定基础。业内认为,氧化镓单晶有望开拓万亿级产业新赛道。
中国重视氧化镓等第四代半导体发展。早在2000年左右启动相关研究,“十四五”期间,发改委、科技部将其列为重点专项。多省市出台政策支持。众多高校、科研机构及企业积极投入研究。如镓仁半导体、铭镓半导体、富加镓业等在氧化镓研究上取得新进展。
从全球竞争格局看,日本、美国和中国领先。日本在衬底—外延—器件研发方面居全球首位,代表性公司Novel CrystalTechnology在氧化镓晶圆量产和外延沉积上成果显著。美国在器件领域发展早,推动了氧化镓器件进步。中国氧化镓衬底、外延技术与国外差距不大,但器件产业化相对滞后。
据预测,到2025年氧化镓功率器件市场规模将超氮化镓,2030年全球市场将达1542亿日元。未来,氧化镓市场应用集中在光电探测器、功率和射频场景,功率器件市场空间广阔。短期内,将在中高压市场出现;长期来看,将渗透车载和电气设备等领域。不过,氧化镓产业化仍面临挑战,实现大规模量产尚需克服诸多困难。