第三代功率器件材料，氧化鎵

一、氧化鎵（Ga2O3）的特性和性能

近年來，氧化鎵 (Ga2O3)作為繼碳化硅 (SiC)和氮化鎵 (GaN)之后的第三代功率器件材料越來越受到關(guān)注。氧化鎵是最初研究用于LED基板等的材料。帶隙（價帶中的電子與導帶中的電子之間的能量差）為 5.3 eV。因此，它不僅遠超廣泛應用于半導體的硅（1.1eV），也遠超作為寬禁帶半導體而備受矚目的SiC（3.3eV）和GaN（3.4eV）。當帶隙大時，介質(zhì)擊穿電場強度和飽和漂移速度變高，有可能提高耐壓，降低損耗，提高開關(guān)速度，最終縮小器件尺寸。通過使用氧化鎵，理論上可以制造出比碳化硅或氮化鎵更低損耗的功率器件，因此作為下一代功率器件材料備受期待。此外，氧化鎵可以從溶劑中生長出塊狀單晶。因此，與通過升華法氣相生長以制造晶片的 SiC與在硅藍寶石襯底上外延生長以制造晶片的 GaN相比，未來氧化鎵可以降低晶片制造成本。是一種可能性。由于具有上述特性，氧化鎵功率器件在性能和成本方面都具有優(yōu)越性，因此正在積極推動研究和開發(fā)。

二、氧化鎵功率器件市場預測

市場研究公司富士經(jīng)濟在2020年6月發(fā)布的全球功率半導體調(diào)查結(jié)果中預測，截至2030年氧化鎵功率器件的市場規(guī)模將達到590億日元。

同年GaN功率器件市場規(guī)模預測為232億日元，預計氧化鎵功率器件市場規(guī)模將達到GaN的2.5倍左右。

預計氧化鎵將逐步應用于工業(yè)應用等高耐壓領(lǐng)域，首先在消費和電信領(lǐng)域作為電源使用，并將在車載和電氣設(shè)備領(lǐng)域全面展開2025年至2030年將開始全面。

三、氧化鎵的研發(fā)趨勢

日本Novel Crystal Technology、FLOSFIA等公司在氧化鎵的研發(fā)方面處于領(lǐng)先地位。是基于田村株式會社、NICT（國立信息通信技術(shù)研究所）、東京農(nóng)工大學等領(lǐng)導的研究人員的開發(fā)成果而成立的風險企業(yè)。 2015年開發(fā)β型氧化鎵外延片，2017年開始量產(chǎn)2英寸β型氧化鎵外延片，同時采用氧化鎵SBD（肖特基勢壘二極管）和氧化鎵外延膜的溝槽MOS型成功在開發(fā)功率晶體管。除了2英寸外延片，它還銷售4英寸β型單晶襯底，同時也在開發(fā)6英寸襯底。未來，除了提升4英寸外延片品質(zhì)，啟動量產(chǎn)線外，計劃于2022年開始量產(chǎn)氧化鎵SBD。Novell Crystal Technology 制造的帶有肖特基電極的氧化鎵 2 英寸外延片。

除了功率器件，NICT于 2020年 12月宣布已開發(fā)出用于無線通信的高頻氧化鎵晶體管。最大振蕩頻率已達到27GHz，據(jù)公告稱，這是全球氧化鎵晶體管最高的。在無線通信中，需要的最大振蕩頻率至少是實際使用頻率的 2至 3倍。這次的氧化鎵晶體管將提供1至10 GHz的頻率，廣泛應用于衛(wèi)星廣播、手機、無線局域網(wǎng)等。與功率器件不同，在無線通信應用中對氧化鎵晶體管的研究很少。一方面，由于氧化鎵晶體管具有耐高溫、抗輻射、抗腐蝕等特性，因此通過使用該晶體管，即使在極端環(huán)境下也可以使用無線通信設(shè)備。未來，除極端環(huán)境外，有望應用于太空和地下資源勘探等領(lǐng)域的無線通信。