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国产4英寸氧化镓晶圆衬底技术获突破!

来源:化合物半导体市场       

近期,北京铭镓半导体有限公司(以下简称:铭镓半导体)使用导模法成功制备了高质量4英寸(001)主面氧化镓(β-Ga2O3)单晶,完成了4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破,并且进行了多次重复性实验,成为国内首个掌握第四代半导体氧化镓材料4英寸(001)相单晶衬底生长技术的产业化公司。

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4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破

据晶片测试分析,其结晶质量和加工技术也保持在产品级标准。劳厄测试衍射斑点清晰、对称,说明晶体单晶性良好,无孪晶,XRD显示晶面(001)面半峰全宽低至72arcsec,加工后晶片表面粗糙度AFM(Rq)低至0.5nm。


单晶晶片RMS:0.490nm(Source:铭镓半导体)


晶片的摇摆曲线半高宽:72arcsec(Source:铭镓半导体)

稳态氧化镓晶体为单斜结构,存在(100)和(001)两个解理面,就生长工艺而言,主面为(100)晶相氧化镓晶体更易于生长,主面为(001)晶体的生长工艺却要求极高的工艺过程控制,就加工工艺而言,相同加工条件下(001)面表面质量和成品率更优,(100)面极易解理破碎,难以实现高效高表面质量加工。

从应用端来看,主面(001)晶相氧化镓更适于功率半导体器件的使用,因此控制生长主面(001)晶相氧化镓晶体难度大,但却极具产业化价值,抑或说不具备大尺寸主面(001)晶相氧化镓晶体的生长工艺,氧化镓市场应用端推动过程将极为困难。

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氧化镓是“何方神圣”?

氧化镓,是继Si、SiC及GaN后的第四代宽禁带半导体材料,以β-Ga2O3单晶为基础材料的功率器件具有更高的击穿电压与更低的导通电阻,从而拥有更低的导通损耗和更高的功率转换效率,在功率电子器件方面具有极大的应用潜力。

氧化镓未来主要应用于通信、雷达、航空航天、高铁动车、新能源汽车等领域的辐射探测领域的传感器芯片,以及在大功率和超大功率芯片。

虽然目前还处于研发阶段,但各国半导体企业都在争相布局氧化镓。

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国内外企业争相布局

国际方面,日本较为领先。早在2008年,京都大学的藤田教授就发布了氧化镓深紫外线检测和Schottky Barrier Junction、蓝宝石(Sapphire)晶圆上的外延生长(Epitaxial Growth)等研发成果。

2012年,日本率先实现2英寸氧化镓材料的突破,NCT氧化镓材料尺寸可达到6英寸;2015年,推出了高质量氧化镓单晶衬底,2016年又推出了同质外延片,此后基于氧化镓材料的器件研究成果开始爆发式出现,各国开始争相布局。

国内方面,2017年,科技部高新司从出台的重点研发计划,把“氧化镓”列入到其中;2018年,北京市科委对前沿新材料率先开展了研究工作,并且把“氧化镓”列为重点项目。

据了解,目前我国从事氧化镓材料和器件研究单位,主要是中电科46所、西安电子科技大学、山东大学、上海光机所、上海微系统所、复旦大学、南京大学等高校及科研院所;企业方面有铭镓半导体、深圳进化半导体、北京镓族科技、杭州富加镓业等。

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