为什么?因为它不仅是“第四代超宽禁带功率半导体”的重要候选,还意味着新的技术风暴和产业竞争已经拉开帷幕。
在过去十几年里,第三代半导体材料,碳化硅和氮化镓逐渐驶入产业化快车道,已经在电动车、充电桩、光伏逆变器等领域崭露头角。
这些材料也有瓶颈,特别是对于更高电压、更大功率的器件需求,现有技术逐渐暴露了物理极限,而技术打破天花板,又要面对长期依赖海外专利和设备的掣肘压力。
在这样的背景下,氧化镓横空出世,成为全球半导体领域选手试图争夺新赛道的一张王牌。
氧化镓的表现可以说亮眼到让人非常期待,首先,它拥有超高击穿电场,可以制造出比碳化硅器件更高耐压等级的功率器件。
举个例子,假如用碳化硅做个耐压器件需要很厚的晶体结构,那氧化镓只需碳化硅四分之一的厚度。
这背后意味着什么?意味着材料成本的显著节省,也让它的量产更具成本优势。
更关键的是,氧化镓能用熔融法生长晶体,而这种方式生产成本低、产能高,相较于复杂的化学气相沉积法,它的产业化可行性一开始就更有优势。
提到场景落地,这种材料的潜力同样让人惊叹。
比如,特种装备的高频雷达、超高压的电力输配电、高效节能的光伏逆变器,还有广受关注的电动车充电桩、数据中心,这些都是氧化镓未来可以大显身手的领域。
关键是,这并不是简单的替代碳化硅,而是要承接许多碳化硅无法触及的新应用场景,比如超高电压领域。
这一点也决定了氧化镓的产业发展路径,要先满足特种设备行业的刚需,再逐渐进入民用市场,这种“先军后民”的策略让它更能稳扎稳打。
话虽如此,但氧化镓的产业化可不是一帆风顺,卡脖子问题仍然存在,主要集中在技术、散热和量产工艺三大核心领域。
一个是P型掺杂难题的困扰,器件性能的核心在于掺杂,但氧化镓的受主能级特性和空穴自陷问题成了技术上最大的瓶颈。
目前,虽然国内的复旦大学团队在实验室,实现了常温稳定的P型氧化镓薄膜,但将实验成果推向产业化,还需要非常长的验证周期和技术改进。
另一个重要难题是散热,氧化镓材料的本身热导率低于碳化硅,这意味着器件在长时间、高功率运行时会出现严重的热量堆积问题,直接影响使用寿命。
对此,国内的西安电子科技大学郝跃院士团队,开展了针对性的界面优化工艺,通过降低界面热阻,帮助氧化镓器件克服散热短板,但距离全面技术推广还需要一定时间。
最后就是量产工艺难题,氧化镓虽然国内已经实现衬底、外延技术自主。
但大尺寸晶圆良率提升、缺陷管控、与现有芯片产线兼容适配,还有设备长期运行可靠性等工程问题,依然阻碍氧化镓走向大规模商业化。
再聚焦中国的产业动态,国内的企业看准了氧化镓的发展前景,已经在产业化上迈出了第一步,不少类似昌隆智鑫这样的行业老兵,从传统芯片销售转型切入氧化镓赛道。
他们采取了IDM模式,覆盖衬底、外延、器件等全产业链布局,并与一些高校和实验室形成合作,解决早期高研发成本的问题。
目前,该企业已经研发出了氧化镓的SBD二极管和MOS器件工程样品,并开始推出相关市场测试。
同时,2025年,杭州镓仁半导体推出全球首颗8英寸氧化镓单晶,该款衬底在同年7已完成多家权威机构检测,随后实现8英寸衬底的工程化小批量出货。
这一成果的意义不仅在于技术领先,还因为它能直接兼容现有8英寸硅基产线,大幅降低了下游的制造门槛,有了这样的基础,国内未来3到5年可能迎来氧化镓的产业爆发期。
而日本这边看起来也在推进氧化镓的产业化。
作为氧化镓技术研究的早期起步方,日本企业 NCT 已于2026年3月启动6英寸氧化镓衬底样品交付。
同时该企业研发液滴馈入(DG)新型晶体生长工艺,有望摆脱昂贵铱金坩埚的束缚,计划在2029年量产阶段导入该工艺,以此大幅降低晶圆制造成本。
FLOSFIA公司则深耕相关器件的稳定性验证,还突破了P型层的关键技术,这将直接推动氧化镓MOSFET器件的规模化发展。
中日之间的产业竞争,可以说是各有倚仗,中国选择了多点开花的策略,同时发力8英寸大晶圆的研发,这样更贴近未来民用产业扩张的需求。
而日本则选择从6英寸成熟节点切入,主打成本优化和可靠性提升,通过与下游客户合作来稳步推进市场应用。
短期来看,谁能率先交付足量的器件样品,谁就能快速抢占产业先机。
但从长远角度来说,想要主导这一赛道的玩家,还需要打通整个产业链,从材料、外延、器件到终端应用的闭环,每一步都不能掉链子。
目前,双方还处于并跑阶段,中国有“弯道超车”的潜力,但距离引领全球,还欠一场大考。
展望未来2到3年,氧化镓从实验室走向市场的速度将加快。
接下来,我们应该密切关注6英寸、8英寸晶圆的供货稳定性,以及相关电力、电网和车载领域的测试成果。
如果能在这些场景里跑通,氧化镓就很可能,成为下一个引发技术革命的核心材料,而其竞争也将成为全球科技舞台最令人期待的焦点之一。
在这场中日抢占产业制高点的博弈中,你觉得谁会率先跑通全链条,拿下话语权?你支持谁?欢迎留言探讨!
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