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隨著信息時代的發(fā)展，量子信息、人工智能等高科技領域對于半導體的需求也是有更高要求，體積小、低功耗的第四代半導體將成為主力軍。
更為重要的是，目前第四代半導體領域全球國家都還在同一起跑線，因此，我國在第四代半導體的重大突破，有望助力芯片實現(xiàn)彎道超車，從而掀起一場資本盛宴。
第四代半導體的發(fā)展背景
隨著量子信息、人工智能等高新技術的發(fā)展，半導體新體系及其微電子等多功能器件技術也在更新迭代。
雖然前三代半導體技術持續(xù)發(fā)展，但也已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)出無法滿足新需求的問題，特別是難以同時滿足高性能、低成本的要求。
此背景下，人們將目光開始轉向擁有小體積、低功耗等優(yōu)勢的第四代半導體。
第四代半導體具有優(yōu)異的物理化學特性、良好的導電性以及發(fā)光性能，在功率半導體器件、紫外探測器、氣體傳感器以及光電子器件領域具有廣闊的應用前景。
目前具有發(fā)展?jié)摿Τ蔀榈谒拇雽w技術的主要材料體系主要包括：窄帶隙的銻化鎵、銦化砷化合物半導體；超寬帶隙的氧化物材料等。
憑借氧化鎵的特性天生具備優(yōu)勢
氧化鎵是[第四代半導體]的典型代表，憑借其高耐壓、低損耗、高效率、小尺寸等特性，成功進入人們的視野。
氧化鎵是一種超寬禁帶半導體材料，具有優(yōu)異的耐高壓與日盲紫外光響應特性，在功率器件和光電領域應用潛力巨大。
①氧化鎵超寬禁帶的特性能承受更高的崩潰電壓和臨界電場，使其在超高功率元件的應用極具潛力。
②氧化鎵材料具備更高的擊穿電場強度與更低的導通電阻，從而實現(xiàn)能量損耗更低、功率轉換效率更高。
③硅上氧化鎵異質外延有利于硅電路與氧化鎵電路的直接集成，同時擁有成本低和散熱好等優(yōu)勢。
④成本優(yōu)勢，相對于目前采用的寬禁帶技術，氧化鎵憑借高質量與大尺寸的天然寸底，具備著顯著的成本優(yōu)勢。
我國在氧化鎵研究上取得重要進展
近日西安郵電大學由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吋硅片上制備出了高質量的氧化鎵外延片。
這一成果標志著西安郵電大學在超寬禁帶半導體研究上取得重要進展。
近兩年來，我國在氧化鎵的制備上連續(xù)取得突破性進展。
今年2月28日，中國電科46所成功制備出我國首顆6英寸氧化鎵單晶，達到國際最高水平。
中國電科46所氧化鎵團隊從大尺寸氧化鎵熱場設計出發(fā)，成功構建了適用于6英寸氧化鎵單晶生長的熱場結構，突破了6英寸氧化鎵單晶生長技術，可用于6英寸氧化鎵單晶襯底片的研制，將有力支撐我國氧化鎵材料實用化進程和相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
2月27日，中國科學技術大學校微電子學院龍世兵教授課題組聯(lián)合中科院蘇州納米所加工平臺，分別采用氧氣氛圍退火和氮離子注入技術，首次研制出了氧化鎵垂直槽柵場效應晶體管。相關研究成果日前分別在線發(fā)表于《應用物理通信》《IEEE電子設備通信》上。
國內氧化鎵產(chǎn)業(yè)化初期有望突圍
目前，國內對于氧化鎵半導體十分看重，早在2018年，我國已啟動了包括氧化鎵、金剛石、氮化硼等在內的超寬禁帶半導體材料的探索和研究。
2022年，科技部將氧化鎵列入[十四五]重點研發(fā)計劃。
國內氧化鎵材料研究單位還有中電科46所、上海光機所等等，還有數(shù)十家高校院所積極展開氧化鎵項目的研發(fā)工作，積累了豐富的技術成果。
隨著市場需求持續(xù)旺盛，這些科研成果有望逐步落地。由于全球氧化鎵產(chǎn)業(yè)均在產(chǎn)業(yè)化的前期，這或許可以幫助國產(chǎn)半導體在全球半導體競爭中實現(xiàn)[突圍]。
正是因為重視程度的提高、研發(fā)力度的加大，近年來，我國在氧化鎵的制備上連續(xù)取得突破性進展，從去年的2英寸到6英寸，再到最新的8英寸，氧化鎵制備技術正愈發(fā)走向成熟。
它是制造大功率半導體主要材料，能使半導體耐受更高電壓及溫度，因此在智能電網(wǎng)、軌道交通等領域有著廣闊應用前景。
可以有效降低新能源汽車、軌道交通、可再生能源發(fā)電等領域在能源方面的消耗。
從應用領域來看，氧化鎵在以下方面將會得到長遠發(fā)展：功率電子、襯底材料、透明導電氧化物薄膜、日盲紫外光探測器及氣體傳感器等。
日本和美國已開始該領域研究
在氧化鎵方面，日本在襯底-外延-器件等方面的研發(fā)全球領先。
據(jù)日本媒體2020年9月報道，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)?。∕ETI）正準備為致力于開發(fā)新一代低能耗半導體材料「氧化鎵」的私營企業(yè)和大學提供財政支持。
METI 將為 2021 年留出大約 2030 萬美元的資金，預計未來5年的投資額將超過 8560 萬美元。
美國空軍研究室在2012年注意到了NICT的成功，研究員Gregg Jessen領導的團隊探索了 GaO 材料的特性。
結果顯示，GaO 材料的速度和高臨界場強在快速功率開關和射頻功率應用中具有顛覆性的潛力。
在這個成果的激勵下，Jessen 建立了美國的 GaO 研究基礎，獲得了首批樣品。
日本的新興企業(yè)就表示積極推進配備在純電動汽車上的功率半導體使用新一代晶圓，也就是氧化鎵晶圓，公司的目標就是2025年每年生產(chǎn)2萬枚100毫米晶圓。
以電子產(chǎn)業(yè)為支柱的中國臺灣也沒閑著，力積電正在開發(fā)出第四代氧化物半導體材料（氧化銦鎵鋅）的制程技術，有望運用在AR/VR產(chǎn)品上，并在明年能夠小量試產(chǎn)。
近年來，我國在氧化鎵的制備上連續(xù)取得突破性進展，從去年的2英寸到6英寸，再到最新的8英寸，氧化鎵制備技術越來越成熟。
結尾：
中國科學院院士郝躍更是在接受采訪時明確指出：氧化鎵材料是最有可能在未來大放異彩的材料之一。
在未來的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。
部分資料參考：財聯(lián)社：《第四代半導體再突破 已成為國際科技戰(zhàn)略必爭高地》，壹零社：《國產(chǎn)替代的機會！強勢崛起的第四代半導體》
作者 | 方文三
