我国突破8英寸氧化镓外延技术瓶颈 全球半导体产业格局迎来新变量

问题:功率半导体是新能源汽车快充、高效光伏逆变、数据中心与通信电源降耗的关键环节。

随着高压平台、电驱高功率密度以及新能源消纳需求提升,传统硅基器件在耐压、耐温与损耗等方面逐渐逼近物理与工程极限。

氧化镓因禁带宽度大、击穿电场强等特性,被视为超宽禁带半导体的重要方向之一。

但长期以来,氧化镓产业化面临突出制约:大尺寸、高均匀性的外延片难以稳定制备,晶圆尺寸多停留在2英寸至4英寸区间,难以满足制造成本、良率与规模化供给要求。

原因:业内人士分析认为,氧化镓外延生长对温度场、气氛控制、缺陷抑制与均匀性调控要求高,任何微小波动都可能导致膜厚、掺杂与电学参数不一致,进而影响器件一致性与可靠性。

与此同时,晶圆尺寸越大,对生长装备、工艺窗口与在线检测能力的要求呈指数级上升。

过去相当长一段时间,外延工艺与设备协同不足、数据积累不够,是制约氧化镓从实验室走向产线的主要因素。

影响:据介绍,此次科研团队依托平台化研发条件,与孵化企业杭州镓仁半导体有限公司协同攻关,成功实现8英寸氧化镓同质外延生长,并完成第三方检测。

检测结果显示,外延层平均厚度达13.05微米,厚度均匀性方差为0.58%;载流子浓度平均1.79×10¹⁶cm⁻³,分布表现出较高一致性。

业内认为,上述指标意味着在大尺寸晶圆上实现了对关键电学与几何参数的稳定控制,有助于提升后续器件制程的良率与一致性。

从产业链角度看,8英寸晶圆与现有主流芯片产线尺寸更为匹配,有利于与存量制造体系衔接,降低导入门槛。

晶圆面积扩大也将显著提升单片可加工芯片数量,通过规模效应摊薄单位成本,为氧化镓功率器件由“验证样品”走向“工程化产品”创造条件。

同质外延路线在降低界面缺陷密度、释放材料高耐压低损耗潜力方面具有现实意义,可为高压、高频、高温应用提供新的器件方案选择。

对策:受访专家建议,下一步应围绕“材料—工艺—器件—应用”一体化推进:一是持续提升外延工艺稳定性与可重复性,建立覆盖厚度、掺杂、缺陷与可靠性的标准化评价体系;二是推动装备与关键零部件协同创新,完善大尺寸晶圆制造的过程控制与计量检测能力;三是加强与新能源汽车、光伏储能、轨道交通、电网装备等场景的联合验证,形成从样机到小批量再到规模化的应用路径;四是强化产业生态建设,促进设计、制造、封装测试与系统厂商协同,降低新材料导入成本和应用不确定性。

前景:当前,宽禁带与超宽禁带半导体已成为全球竞争焦点。

我国相关规划强调推动宽禁带半导体提质升级,并加快氧化镓、金刚石等超宽禁带半导体产业化。

业内判断,8英寸氧化镓同质外延片的出现,将加速国内在材料供给、器件研发与应用验证上的闭环形成,带动高效率电能变换、车载高压平台、光伏逆变与储能变流等领域的技术迭代。

同时也应看到,氧化镓器件距离全面规模商用仍需经历可靠性、封装体系、成本曲线与标准认证等多重考验,需要长期投入与稳步推进。

从实验室突破到产业化应用,往往只差一个关键的技术节点。

8英寸氧化镓外延片的成功研制,正是这样的节点。

它不仅标志着中国在第四代半导体领域的技术领先,更预示着一个全新的产业生态正在形成。

当氧化镓从"奢侈品"变成"日用品",当新能源汽车、光伏电站等产业获得更高效的功率器件支撑,中国在全球能源与科技竞争中的优势将进一步凸显。

这一突破的真正价值,在于它为我国科技自立自强提供了有力支撑,也为全球能源转型贡献了中国智慧。