随着2018年特斯拉采用碳化硅（SiC）、2020年小米在快充上使用氮化镓开始，第三代半导体经过三四十年的发展终于获得市场认可迎来发展机遇。此后，第三代半导体在新能源车、消费电子等领域快速发展开来，并逐渐从热门场景向更多拓展场景探索。


在第三代半导体发展得如火如荼之际，氧化镓、氮化铝、金刚石等第四代半导体材料也开始受到关注。其中，氧化镓( Ga2O3 )是被国际普遍关注并认可已开启产业化的第四代半导体材料。

氧化镓( Ga2O3 ) 在耐压、电流、功率、损耗等维度都有其优势，此前被用于光电领域的应用，直到2012年开始，业内对它更大的期待是用于功率器件，全球80%的研究单位都在朝着该方向发展。

日本在氧化镓研究上是比较超前的。2012年日本报道了第一颗氧化镓功率器件，2015年推出了高质量氧化镓单晶衬底、2016年推出了同质外延片，此后，基于氧化镓材料的器件研究成果开始爆发式出现。

我国氧化镓的研究则更集中于科研领域，产业化进程刚刚起步，但是进展飞速，今年我国科技部将氧化镓列入“十四五重点研发计划”，让第四代半导体获得更广泛关注。

一个材料产业的发展，需要材料、器件、模组、应用等多个环节形成完整循环。目前，第三代半导体材料已发展出完整的产业链，且向着成本不断降低的方向发展；而氧化镓则仍处于一个研究继续深入，产业化初步开始的阶段。

氧化镓想要获得产业发展，需要具备至少3个要素：

一是材料成本降低，足以用于产业；

二是衬底、外延、器件产业链发展完善；

三是，出现示范性应用。

此前，氧化镓衬底主要采用导模法（EFG法）进行生产，由于EFG法需要在1800℃左右的高温、含氧环境下进行晶体生长，对生长环境要求很高，需要耐高温、耐氧，还不能污染晶体等特性的材料做坩埚，综合考虑性能和成本只有贵金属铱适合盛装氧化镓熔体。但一方面铱价格昂贵，价格是黄金的三倍，6英寸设备需要几公斤的铱，相当于一大块黄金，仅坩埚造价就超过600万，从大规模生产角度很难扩展设备数量，另一方面，铱只能依赖进口，给供应链带来很大风险。

值得关注的是，我国的深圳进化半导体，日本东北大学联合C&A公司都报道了无铱工艺，从关键材料端角度让低成本氧化镓成为可能，也推动整个产业链的发展进程。

以下几个问题，带你了解氧化镓

简单介绍一下什么是第四代半导体？

第四代半导体我们其实叫超禁带半导体，它分两个方向，一是超窄禁带，禁带宽度（指被束缚的价电子产生本征激发所需要的最小能量）在零点几电子伏特（eV），比超窄禁带更窄的材料便称为导体；二是超宽禁带，如禁带宽度在4.9eV的氧化镓，以及更高的金刚石、氮化铝等，当禁带宽度超过6.2eV，基本上就是绝缘体。目前来看，超禁带半导体将会是最后一代半导体，尤其是金刚石很早就被称为“终极半导体”。

氧化镓材料可以被用于什么产品？

半导体材料的禁带越宽，需要的激活能越大，才能将电子从一个束缚的电子变成自由电子，它对波长比较长的光吸收量很少，氧化镓响应波长250~300nm，因此可以用于探测日盲紫外光，目前这个方向受到科研人员的广泛肯定。不过我们团队还是更熟悉功率应用，光电应用就期待其他团队来努力了。

日盲紫外波段的光线无法透过大气层，会被大气层直接吸收。一旦在大气层中探测到这种光线，那么它要么来源于闪电，要么来源于导弹，要么来源于战斗机，可以用该材料当作军用光线探测器。此外，在电站、加油站等场景，故障早期出现电晕放电情况时也会发出这种紫外的光，如果状况继续恶化的，它就开始发热并变成红外的光，相当于可以用氧化镓防患于未然，不过能用做这种探测的材料还蛮多的，比如氮化铝、碳化硅，氧化镓在这个应用可能还需要进一步证明它的不可取代性，不像功率领域这么简单明了。

业界对氧化镓的的开发更多还是在功率器件上，基本上80%的研究单位都在朝着功率器件的方向发展。

氧化镓具备什么材料特性？

市场对于功率更高、损耗更低、成本更低、性能更好的器件的追求是永无止尽的。

结语：

对一个产业链来说，必须具备全部环节，才能有好的协同。如果要真正地从应用、需求端把整个产业链带起来，就要有好的器件，有示范性应用，如特斯拉在Model 3上用碳化硅，小米在快充上用氮化镓。如果有一天氧化镓做出来很好的规格，你可能发现在比如说有没有哪个领域，用氧化镓便宜、性能好、没有安全隐患，那第四代半导体的时代就到来了。