第四代半导体材料氧化镓发展应用趋势

第四代半导体材料氧化镓发展应用趋势氧化镓是什么？氧化镓(Ga2O3)是一种超宽禁带半导体，存在多种不同的晶相，可以互相转化为什么氧化镓受关注：性能优越4H-SiCGaN34442844与SiC、GaN相比，氧化镓具有更大的禁带宽制作的功率器件具有更高的工作电压、功率，以及更小为什么氧化镓受关注：可用熔体法生长具有生长速度快（1~2个数量级）、大规模量产成本低、可做高质量为什么氧化镓受关注：可加工性氧化镓的硬度（6）与硅的硬度接近，可以用硅成熟的加工设备和技术（氧化镓优势：器件性能优势•小体积、低损耗、高压大功率、低成本•与硅基产线90%共线，8英寸氧化镓晶圆衬底可与硅基产线适配氧化镓器件的应用领域及市场前景氧化镓在大于600V的中压、高压以及特高压功率器件领域具有广阔的此外，氧化镓还可用于日盲探测、抗辐照等特有领域，支持空间经济、1、氧化镓的行业背景高压、高耐温、大功率、高频率、低损耗的器件成为迫切需求，宽禁带半导美国、日本的禁运生长和加工带来低成本性能优越氧化镓是国家的重大需求，具有广阔应用前景美国、日本的禁运生长和加工带来低成本性能优越与Si共线率达90%以上新能源汽车国家电网轨道交通5G通信商业航天国防军工氧化镓主要问题及进展2氧化镓生长难点：挥发分解氧化镓高温下（1400℃)挥发、分解，且分解产物易与金属坩埚氧化镓生长难点：坩埚的选择少和电阻加热难石墨加热器及保温材料氧化镓的熔点在1800℃左右，含氧气氛下含氧气氛使得硅等常见材料的成熟生长技术和装备不能直接使用，需氧化镓生长难点：固液界面不稳定缺陷形成能低，易形成各种缺陷（螺旋生长、氧化镓单晶生长技术总结铸造法在尺寸、成本、质量等诸多方面，均展现出规模产业晶体应力小、质量高扩径困难扩径容易成本高(Ir用量大)、质量受限自动化容易晶体易开裂、生成宏观缺陷扩径容易，成本低需要精细热场设计无Ir，成本低扩径困难、质量差无Ir，成本低质量差，可控性低直拉法导模法垂直布里奇曼法铸造法光浮区法冷坩埚法氧化镓衬底进展f 20222英寸ff20234英寸ff20246英寸f20258英寸全球首片8英寸衬底，也是目前唯一能提供8英寸氧化镓产业化应用的挑战：散热困难解决思路1：异质键合%%异质键合：氧化镓/SiC解决思路2：超薄衬底衬底减薄至85μm后，封装器件热阻从6.45K/W衬底厚度与热阻的关系解决思路3：双面封装双面封装结构氧化镓产业化应用的挑战：P型掺杂困难解决思路1：P型氧化物异质结>8000V，击穿场强>6MV/cm，导通电阻~5.24mΩ.cm2，P-FOM>13.2p-NiO/n-Ga2O3异质型PN结二极管结构解决思路2：UMOSFETUMOSFET的横截面结构示意图解决思路3：FinFETFinFET的横截面结构示意图氧化镓发展趋势一：商用外延突破将加速器件发展01单晶生长★当前产业化的核心技术瓶颈★当前产业化的核心技术瓶颈04器件制造05封装测试行业共识：目前半导体产业的技术重心已发生转移，“能否做出晶体”早已不是瓶颈，氧化镓发展趋势一：商用外延突破将加速器件发展01单晶生长已突破03外延生长已突破已商用首发已商用01单晶生长已突破03外延生长已突破已商用首发已商用02衬底加工已突破已商用已商用氧化镓发展趋势一：商用外延突破将加速器件发展6英寸外延片厚度均匀：方差<1%质量高：XRD半高宽<40弧秒8英寸外延片高质量：XRD半高宽<50弧秒镓仁外延片质量优异氧化镓发展趋势二：头部器件厂商投入将加速应用验证4mm2和25mm2器件：商用化尺寸氧化镓发展趋势二：头部器件厂商投入将加速应用验证反向恢复特性：反向恢复时间短至50ns，损耗低于SiC器件整体性能媲美商用SiC器件。氧化镓发展趋势三：终端厂商进场促进应用牵引德国氧化镓外延片公司NextGOEpi，由德国莱布尼兹晶体生长研究所（IKZ）孵化。与欧洲头部车规级功率器件、模块企业合作，氧化镓功率器件的验证和市场应用韩国氧化镓器件上市公司，与韩国头部车企联合进行氧化镓器件研发与验证镓仁半导体公司基本情况创始团队来自浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室，在浙大杭州国际科创中心进行小试公司成立于2022年，位于杭州，从事氧化镓衬底、外延和氧化镓专用设备独创铸造法氧化镓长晶技术，创造衬底每年升级一代尺寸的记录，全球首发8英寸氧化建成全球首条6/8英寸氧化镓同质外延产线，并批量出货给数家头部镓仁的服务架构商用6英寸氧化镓外延片基础工艺包中试平台/6寸Fab合作伙伴商用6英寸氧化镓外延片基础工艺包可交付，适配硅基产线兼容现有6英寸硅基工艺为器件客户提供流片通道镓仁一站式氧化镓解决方案，构建从产品到生态的全诚邀合作芯片厂/IDM商用外延片+产线适配工艺包设计公司(Fabless)外延片+中试平台+Fab对接高校/科研院所定制科研衬底外延片/合作伙伴器件产业化路线图or中期2028-2029示范应用验证o,近期2027-2028示范应用验证器件验证推进现在器件验证推进总结与展望国内氧化镓产业链齐全，近三年衬底和外延发展迅速，将很快与国外头部企业并跑，甚至领跑，这也将极大加快国内器件产业化的进程基于我们技术的测算，6英寸衬底未来三年内其成本可做到1000元以下，具备产业化竞争力我们正在走一条中国特色的技术路线（铸造法（100）+MOCVD），逐步替代日本