浙大杭州科創中心首次采用新技術路線成功制備2英寸氧化鎵晶圓
浙大杭州科創中心首次采用新技術路線成功制備2英寸氧化鎵晶圓
近日，浙江大學杭州國際科創中心（簡稱科創中心）給出了新方案。在首席科學家楊德仁院士的帶領下，科創中心先進半導體研究院發明了全新的熔體法技術路線來研制氧化鎵體塊單晶以及晶圓，目前已經成功制備直徑2英寸（50.8 mm）的氧化鎵晶圓，使用這種具有完全自主知識產權技術生長的2英寸氧化鎵晶圓在國際尚屬首次實現“雙碳”目標，科技創新是關鍵引擎。使用氧化鎵制作的半導體器件可以實現更耐高壓、更小體積、更低損耗，在新能源汽車、軌道交通、可再生能源發電等領域降低能源消耗方面前景無限。
氧化鎵產品的研制已經成為國際科技戰略必爭高地，目前主流技術路線生長的氧化鎵晶體，成本比較高，一定程度上影響了氧化鎵材料在國內的大規模產業化。
全新技術路線! 成功制備2英寸氧化鎵晶圓
面對傳統技術的發展瓶頸，近日，浙江大學杭州國際科創中心（簡稱科創中心）給出了新方案。在首席科學家楊德仁院士的帶領下，科創中心先進半導體研究院發明了全新的熔體法技術路線來研制氧化鎵體塊單晶以及晶圓，目前已經成功制備直徑2英寸（50.8 mm）的氧化鎵晶圓，使用這種具有完全自主知識產權技術生長的2英寸氧化鎵晶圓在國際尚屬首次。
研發團隊的張輝教授說，使用新技術路線生長的氧化鎵晶圓有兩個顯著優勢，一是使用這種方法生長出的氧化鎵晶圓的晶面具有特異性，使得制作的功率器件具有較好的性能；二是由于采用了熔體法新路線，減少了貴金屬銥的使用，使得氧化鎵生長過程不僅更簡單可控，成本也更低，具有更大的產業化前景。
“每克銥的價格就高達上千元，可以說是比黃金更珍貴的貴金屬。但主流方法生長氧化鎵晶體使用的盛放熔體的坩堝，是由貴金屬銥制成的，因此過去一直難以降低晶體成本。”張老師說，“我們采用的新辦法減少了銥的使用，成本更低，對后面產業化來說，具有現實意義。”
經檢測，科創中心采用新技術路線研制出的這批氧化鎵晶圓的導電類型為半絕緣型，直徑尺寸達到50.8±0.5 mm，表面粗糙度小于0.5 nm，光學透過率良好，高分辨X射線搖擺曲線測試半高寬小于100 弧秒，衍射峰均勻對稱，單晶質量較好，關鍵技術指標已達領域內的先進水平。
不負韶華！他們夜以繼日奮斗在科研前線
著名物理學家、X光的發現者倫琴曾說過：“我喜歡離開人們通行的小路，而走荊棘叢生的崎嶇山路。”
創新之路從來都不是一帆風順的，但它帶來的驚喜與收獲卻是無與倫比的。研發團隊的張輝教授說，這次之所以會另辟蹊徑使用新技術路線，其實也是源自一次意外的發現。
團隊成員對意外發現進行了深入研究，從而探索出了一套全新技術方案。從最初開始研究新方案，到采購調整設備，再到最終產出成果，團隊只用了半年的時間！高效的背后，是團隊成員全力以赴的付出。
張老師說，為了滿足實驗要求，他們要對購置回來的實驗設備進行二次設計與調試，為了達到最佳效果，他們聯系了全國各地的專業機構進行了調整改造。時間緊任務重，就算是馬上要過年，團隊成員還是選擇奔波在路上。
“團隊的年輕人都很辛苦！”張老師說，“氧化鎵單晶的生長要在1800攝氏度的高溫熔爐里，一塊單晶生長光熔化原料就要花費一天時間，從準備原料到最后單晶產品生成，需要整整三天時間，整個過程都離不開人，團隊里年輕人就輪班守著，通宵達旦是家常便飯。”
有時候，上完大夜班，老師們轉頭又會加入早上組會討論，等到各種任務都忙完了，才會回去休息一會。對他們來說，做自己喜歡的事情，再苦也是幸福的。
科研人員表示，西方發達國家都是依托化石能源的使用，抓住了第二次工業革命的機遇得以快速發展。他們現在夜以繼日研究新材料，也是希望助力中國，抓住“雙碳”經濟的發展窗口，在新能源的轉化上做出科創貢獻！下一步，他們計劃在2年內制造出直徑4英寸級別的大尺寸氧化鎵晶圓，進一步助力國內氧化鎵材料的產業發展。
浙江大學杭州國際科創中心先進半導體研究院緊緊圍繞國家重大戰略需求和浙江省戰略性新興產業發展布局，以數字化改革為引領，以寬禁帶半導體材料、功率芯片和射頻芯片的研發與產業化為核心，以封裝測試和應用技術作為服務支撐，擁有國際一流的大型儀器設備和超凈實驗室等研發設施，目前已獲批浙江省寬禁帶功率半導體材料與器件重點實驗室，國內唯一的全鏈條開放式寬禁帶半導體材料、器件及應用創新高能級科研平臺，研究院由楊德仁院士擔任首席科學家，學術委員會主任由鄭有炓院士擔任，院長由盛況教授擔任，整合浙江大學電氣學院、材料學院、信電學院以及上下游相關企業力量，著力打造第三代半導體研發、制造、應用和測試評價全產業鏈的新格局，驅動浙江省、長三角地區的第三代半導體產業的發展與轉型，以硬核科技成果支撐浙江省乃至全國相關戰略產業發展，提高我國在寬禁帶半導體領域的國際競爭力和影響力。
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