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如今，手機、電腦等電子產品變得越來越智能、越來越小巧，新能源汽車續航越來越持久，這背后都要歸功于半導體材料領域的快速發展。為滿足日益增長的多元需求，半導體從以硅、鍺為代表的第一代材料，以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代材料，以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代材料，發展到以氧化鎵為代表的第四代半導體材料。從第一代半導體材料到第四代半導體材料，禁帶寬度逐漸變大，可以更好地適應極端環境。

由于半導體市場對功率密度更高、損耗更低、成本更低、性能更好的功率器件愈加青睞，氧化鎵脫穎而出。那么，與碳化硅相比，氧化鎵有何優勢？資本為何頻頻關注？氧化鎵何時能實現產業化？

人們對高壓、高頻、大功率、紫外發光和探測的需求，直接推動了寬禁帶半導體和超寬禁帶的出現和發展。就功率應用來說，在其他參數相同的情況下，禁帶更寬的半導體特性會更優。

作為超寬禁帶半導體材料的一種，氧化鎵禁帶寬度達到4.9eV，超過第三代半導體材料（寬禁帶半導體材料）的碳化硅（3.2eV）和氮化鎵（3.39eV）。更寬的禁帶寬度意味著電子需要更多的能量從價帶躍遷到導帶，因此氧化鎵具有耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻照等特性。

近年，國際氧化鎵技術研發和產業化進程駛入快車道，尤其是日本。據了解，日本企業正在加緊推進配備在純電動汽車（EV）上的功率半導體使用的新一代晶圓的實用化，這是一種由氧化鎵制成的晶圓，日本新興企業Novel Crystal Technology計劃，從2025年起每年生產2萬枚100毫米（4英寸）晶圓，到2028年量產生產效率更高的200毫米（8英寸）晶圓。該公司社長倉又朗人表示，氧化鎵無論是性能還是成本都能勝過碳化硅，最終目標是全面轉向氧化鎵。

此外，日本氧化鎵領域知名企業FLOSFIA將大規模生產使用氧化鎵材料的功率半導體替代硅基半導體，作為行業國際領軍企業，該公司充滿信心地預計，2025年氧化鎵功率器件市場規模將開始超過氮化鎵，2030年達到15.42億美元（約合人民幣100億元），達到碳化硅的40%，達到氮化鎵的1.56倍。據日本NCT公司預測，氧化鎵晶圓的市場到2030年度將擴大到約590億日元規模。

近期，我國在氧化鎵研發方面也取得了一系列進展。3月，西安郵電大學電子工程學院管理的新型半導體器件與材料重點實驗室陳海峰教授團隊，成功在8英寸硅片上制備出了高質量的氧化鎵外延片。此前2月，中國電科46所宣布成功制備出我國首顆6英寸氧化鎵單晶。2月，中國科學技術大學微電子學院龍世兵教授課題組聯合中科院蘇州納米所加工平臺，首次研制出了氧化鎵垂直槽柵場效應晶體管。目前國內氧化鎵行業以中國電科46所、山東大學、進化半導體、中科院上海光機所、北京鎵族科技、杭州富加鎵業等單位為主力。

對于同一種材料，不能“既要便宜，也要性能好”，只能通過開發新一代材料來突破新的性能和成本瓶頸。氧化鎵的出現讓進化半導體CEO許照原頗為驚喜。一次偶然的機會，讓他開始關注氧化鎵的性能并開始組建團隊進行研發。

功率半導體應用，主要是圍繞耐壓、電流、功率、損耗、散熱幾個方面進行評估。“從材料特性來看，氧化鎵擁有10倍于碳化硅的功率特性優勢，但是成本有潛力做到碳化硅的1/10。”許照原說，與碳化硅一樣，氧化鎵適用于高功率、大電壓領域。相比碳化硅，氧化鎵在性能和成本上更具優勢。

相關數據顯示，從同樣基于6英寸襯底的最終器件的成本構成來看，基于氧化鎵材料的器件成本為195美元，約為碳化硅材料器件成本的1/5，與硅基產品的成本所差無幾。此外，氧化鎵的晶圓產線與硅、碳化硅、氮化鎵的差別不大，轉換成本不高。以目前業界的評估來說，氧化鎵的芯片產線改造難度不大，比如將LED的工廠稍加轉換就可以開始投入生產。

這么好的材料，為什么走出實驗室的速度較慢？談及原因，許照原解釋，因為氧化鎵是在高溫含氧環境下生長，需要用到耐高溫、耐氧化的材料，制備晶體普遍采用銥金作為坩堝材料，產業界對采用這種貴金屬才能制備的材料短期內挑戰碳化硅的地位抱有懷疑態度。

值得注意的是，目前，進化半導體、日本東北大學，都開發了不使用銥金的“無銥工藝”制備氧化鎵，浙江大學在研發相比導模法用銥量大幅減少的“少銥工藝”，都在努力嘗試降低氧化鎵成本的創新方法。多點發力給了產業界信心，認為氧化鎵與碳化硅競爭的時點即將到來。

近日，進化半導體完成近億元A輪融資，融資資金將主要用于持續研發投入和團隊擴充。作為國內目前唯一采用無銥法工藝制備氧化鎵的公司，許照原表示，進化半導體未來三年將實現氧化鎵襯底的大幅度降價，新工藝有望實現8英寸襯底成本低至500元，僅為同尺寸SiC襯底的1/10。

談及如何制備氧化鎵，目前市面上主要有導模法（EFG法）和無銥法等方法。導模法是當前唯一能制造大尺寸氧化鎵襯底的工藝，但是無法實現低成本大批量的產業化供應。事實上，盡管導模法為產業發展作出了巨大貢獻，但是這種工藝方法的產業化遇到了較大的障礙，主要是因為導模法需要用到貴金屬銥（Ir）。在業界看來，導模法的工藝極限，是可以把氧化鎵襯底成本做到同尺寸碳化硅的50%-60%，按現在的發展速度，達到產業鏈成熟、氧化鎵量產應用的時間點大概是10年以后。無銥法則可以大大提速氧化鎵的產業化進程。

許照原表示，在設備投入僅5%的情況下，同樣時間可以生長一爐次，無銥法制備氧化鎵的產量是EFG法的100倍，大幅度降低長晶環節的成本，顯著提升了產能，有機會快速形成市場影響。當然技術逐步成熟還需要努力和沉淀，但可以預見，無銥法有利于提高各環節企業熱情，促進產業鏈更加完備。

目前致力于氧化鎵研發的高校和科研院所越來越多，但做襯底的研究團隊相對要少，創業企業更少。由于材料研發投入大、周期長、門檻高，幾乎沒有技術積累的企業，很難做出成果。

剛剛實現氧化鎵材料制備的進化半導體，正在開啟新的階段。許照原打了個比方：“如果我們把做器件、做應用比作炒飯，那前提是你得有米，之前這個米想把它種出來都非常困難，也就沒辦法大規模應用。目前一個比較大的突破是，我們找到了低成本制造氧化鎵材料的可能。”在推進產業化的過程中，進化半導體計劃，一方面要滿足客戶需求，實現送樣和小批量供應；另一方面，繼續做更大尺寸材料的研發，為大規模產業應用做好準備，實現商務和研發兩條腿走路。

氧化鎵產業化需要具備至少3個要素：材料成本低；襯底、外延、器件產業鏈發展完善；實現示范性應用。目前，氧化鎵國內產業化程度仍處于初級階段。一旦氧化鎵量產，其超高的性價比會迅速搶占現有新能源汽車的主逆變器、車載充電機等車用半導體市場以及巨大的白電市場。

中國科學院院士郝躍曾表示，氧化鎵材料是最有可能在未來大放異彩的材料之一，在未來10年左右，氧化鎵器件有可能成為有競爭力的電力電子器件，會直接與碳化硅器件競爭。

“碳化硅摸著石頭過河，氧化鎵摸著碳化硅過河。碳化硅發展了40年，氧化鎵用了不到10年的工夫就已經發展到了接近于碳化硅發展35年左右的進度。”對于氧化鎵的未來，許照原信心滿滿，他認為一旦第四代半導體襯底可以產業化大規模供應，將引領下游的芯片、模組、系統集成等整個產業鏈開始聯動，生產出性能更好、品種更多樣、價格更有優勢的產品，為各個領域的應用都帶來質的飛躍。不僅有突破國外封鎖的重大社會效益，更可為我國帶來千億級的經濟效益。