卓强芯视野： 氧化镓：10年后将直接与碳化硅竞争

以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带
半导体材料，凭借耐高温、抗高压、开关速度快、效率高、节能、寿命长等特点，近年来被国内外相关企业持续关注和布局，相信这股热潮将会一路延续到2023年。

性能优越的氧化镓

氧化镓是一种超宽禁带材料，超越了目前已经商用器件的禁带宽度，达到了4.2电子伏特以上，也有人称之为第四代半导体材料。

氧化镓的优势不仅是材料性能高，更重要的是成本较低。2019年有研究结论提出，氧化镓的制造成本较硅略有提高，和碳化硅相比仅有它的三分之一。当然这一点目前还做不到，因为目前氧化镓晶圆的研究和生产仍然处于早期阶段。




多国争抢15亿美元市场

氧化镓在近10年左右开始受到产业关注，短短4至5年时间就已经出现了高质量的衬底和外延片，发展速度十分惊人。有分析师预测，到2030年，氧化镓功率半导体市场规模将达15亿美元。

中国科学院院士郝跃表示，氧化镓材料是最有可能在未来大放异彩的材料之一，在未来的10年左右，氧化镓器件有可能成为有竞争力的电力电子器件，会直接与碳化硅器件竞争。




氧化镓功率器件的应用进展

1）氧化镓基肖特基二极管

肖特基势垒高度对于肖特基二极管而言是十分重要的，高肖特基势垒带来低泄露电流，但开态压降随之增加，反之亦然，需根据具体应用场景来选择合适的势垒高度。



（2）氧化镓基场效应晶体管

对于场效应晶体管，其发展进度落后于肖特基二极管。更低的外延层掺杂浓度和更高的迁移率未来将会有所突破。另外先进的耐压技术例如高K、电荷平衡、异质结构等会带来更为显著的性能提升。此外，还应开发兼顾电流驱动能力和增强型的横向功率器件。



不可否认，氧化镓具有宽禁带半导体独特的性能优势。目前，单晶和外延已经出现突破的曙光，高性能的原型器件已经实现，散热不成问题。作为智慧高效能电力电子器件，氧化镓潜力无限。