
以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶
半導體材料,憑借耐高溫、抗高壓、開關速度快、效率高、節能、壽命長等特點,近年來被國內外相關企業持續關注和布局,相信這股熱潮將會一路延續到2023年。
性能優越的氧化鎵
氧化鎵是一種超寬禁帶材料,超越了目前已經商用器件的禁帶寬度,達到了4.2電子伏特以上,也有人稱之為第四代半導體材料。
氧化鎵的優勢不僅是材料性能高,更重要的是成本較低。2019年有研究結論提出,氧化鎵的制造成本較硅略有提高,和碳化硅相比僅有它的三分之一。當然這一點目前還做不到,因為目前氧化鎵晶圓的研究和生產仍然處于早期階段。

多國爭搶15億美元市場
氧化鎵在近10年左右開始受到產業關注,短短4至5年時間就已經出現了高質量的襯底和外延片,發展速度十分驚人。有分析師預測,到2030年,氧化鎵功率半導體市場規模將達15億美元。
中國科學院院士郝躍表示,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。

氧化鎵功率器件的應用進展
1)氧化鎵基肖特基二極管
肖特基勢壘高度對于肖特基二極管而言是十分重要的,高肖特基勢壘帶來低泄露電流,但開態壓降隨之增加,反之亦然,需根據具體應用場景來選擇合適的勢壘高度。
(2)氧化鎵基場效應晶體管
對于場效應晶體管,其發展進度落后于肖特基二極管。更低的外延層摻雜濃度和更高的遷移率未來將會有所突破。另外先進的耐壓技術例如高K、電荷平衡、異質結構等會帶來更為顯著的性能提升。此外,還應開發兼顧電流驅動能力和增強型的橫向功率器件。
不可否認,氧化鎵具有寬禁帶半導體獨特的性能優勢。目前,單晶和外延已經出現突破的曙光,高性能的原型器件已經實現,散熱不成問題。作為智慧高效能電力電子器件,氧化鎵潛力無限。