电子元器件ღღ◈，AI应用ღღ◈，pp电子游戏官网ღღ◈，电子代工ღღ◈，pp电子在线官网ღღ◈，晶片制造ღღ◈，半导体材料是现代科技的先导和基石ღღ◈。从硅（Si）ღღ◈、锗（Ge）ღღ◈，到砷化镓（GaAs）ღღ◈、磷化铟（InP）ღღ◈，再到碳化硅（SiC）ღღ◈、氮化镓（GaN）ღღ◈，材料始终是推动产业进步的核心要素ღღ◈。如今ღღ◈，以氧化镓（Ga₂O₃）ღღ◈、金刚石（C）ღღ◈、氮化铝（AlN）为代表的新一代半导体材料也开始崭露头角ღღ◈，各大企业加紧布局ღღ◈，单晶生长ღღ◈、外延薄膜等技术突破的消息频频涌现ღღ◈，产线建设和产能释放提上日程ღღ◈。

　　半导体代表性材料进阶图备受瞩目的氧化镓新一代半导体材料与宽禁带半导体材料的本质区别就是具有更加优异的物理化学特性ღღ◈，以禁带宽度为例ღღ◈，新一代半导体材料的带隙宽度大于3.4eVღღ◈，远高于前几代材料ღღ◈。这一特性使它们能够在更短的波长下工作ღღ◈，尤其是在深紫外（UVC）波段（200nm~280nm）的光电器件应用中极具潜力ღღ◈，而氧化镓就是其中的佼佼者ღღ◈。

　　“氧化镓是一种新型超宽禁带半导体材料ღღ◈，与碳化硅ღღ◈、氮化镓相比ღღ◈，氧化镓的禁带宽度达到了4.9eVღღ◈，高于碳化硅的3.25eV和氮化镓的3.4eVღღ◈，确保了其抗辐照和抗高温能力ღღ◈，可以在高低温ღღ◈、强辐射等极端环境下保持稳定的性质ღღ◈；而其高击穿场强的特性则确保了制备的氧化镓器件可以在超高电压下使用ღღ◈，有利于提高载流子收集效率ღღ◈。”北京科技大学新材料技术研究院教授李成明向《中国电子报》介绍道ღღ◈。

　　这些强大的特性使得氧化镓在功率器件领域展现出巨大的应用潜力ღღ◈。在功率器件应用中ღღ◈，氧化镓能够承受更高的电压ღღ◈，减少能量损耗ღღ◈，提高功率转换效率ღღ◈。例如ღღ◈，在智能电网中ღღ◈，使用氧化镓制成的电力电子器件可以实现更高效的电能传输和分配ღღ◈，降低电网的能耗ღღ◈；在新能源汽车的充电桩和逆变器中ღღ◈，氧化镓器件有望提高充电速度和车辆的能源利用效率ღღ◈。所以业内普遍认为ღღ◈，氧化镓有望替代碳化硅和氮化镓成为新一代汽车功率半导体材料的代表ღღ◈。

　　因此ღღ◈，市场对于氧化镓的渴望愈发强烈ღღ◈，日本企业Novell Crystal Technology（以下简称NCT）预测氧化镓晶圆市场到2030年将扩大到约590亿日元规模ღღ◈。市场调查公司富士经济预测ღღ◈，2030年氧化镓功率元件的市场规模将达到1542亿日元ღღ◈，比当下氮化镓功率元件的规模还要大ღღ◈。

　　中国科学院院士郝跃在接受《中国电子报》采访时明确指出ღღ◈，氧化镓材料是最有可能在未来大放异彩的材料之一ღღ◈，在未来的10年左右时间ღღ◈，氧化镓器件会直接与碳化硅和氮化镓器件竞争ღღ◈。但氧化镓目前的研发进度还不够快pp电子设备ღღ◈，仍需不懈努力ღღ◈。

　　氧化镓芯片技术研发进度缓慢的主要原因在于ღღ◈，氧化镓的制备还需要解决很多技术难题ღღ◈。大尺寸低缺陷氧化镓单晶的制备方法以及高表面质量氧化镓晶片的超精密加工技术ღღ◈，是实现氧化镓半导体器件工业应用的主要瓶颈ღღ◈。氧化镓的熔点很高ღღ◈，在1740℃左右ღღ◈，并且在高温下具有易分解ღღ◈、易开裂的特点ღღ◈，这使得大尺寸产品的制备难度极高ღღ◈。传统的制备工艺ღღ◈，如导模法（EFG法）需要在1800℃左右的高温ღღ◈、含氧环境下进行晶体生长ღღ◈，对生长环境要求极为苛刻ღღ◈。该工艺需要使用耐高温ღღ◈、耐氧且不污染晶体的材料制作坩埚ღღ◈，综合考虑性能和成本pp电子设备ღღ◈，只有贵金属铱适合盛装氧化镓熔体ღღ◈。然而ღღ◈，铱的价格昂贵ღღ◈，是黄金的三倍左右ღღ◈，6英寸设备需要几公斤的铱ღღ◈，仅坩埚造价就超过600万ღღ◈，在大规模生产层面限制了设备数量的扩展ღღ◈。

　　虽然有研究报道了无铱工艺ღღ◈，为降低氧化镓制备成本带来了希望ღღ◈，但这些新工艺仍处于探索阶段ღღ◈，尚未完全成熟ღღ◈，距离大规模工业化应用还有一段距离ღღ◈。在实际生产中ღღ◈，如何优化这些新工艺ღღ◈，提高晶体生长的质量和稳定性ღღ◈，以及降低生产成本ღღ◈，仍是亟待解决的问题ღღ◈。

　　中国科学院半导体研究所研究员闫建昌向《中国电子报》表示ღღ◈：“散热能力不足是氧化镓的弊端ღღ◈，如何绕开这个弊端ღღ◈，去充分发挥它在功率器件的优势蜜桃95ღღ◈，是值得关注的发展方向ღღ◈。氧化镓在器件和产业发展上还有很大的空间ღღ◈，发展的基础取决于材料本身和制备水平ღღ◈，要实现更低的缺陷密度ღღ◈，把材料的优势和潜力充分发掘出来ღღ◈，是超宽禁带技术和产业发展的基础ღღ◈。”

　　因此ღღ◈，氧化镓研发周期非常漫长ღღ◈。于2015年成立的NCT始终致力于氧化镓晶体研发ღღ◈，直到2021年6月16日ღღ◈，才在全球首次成功量产以氧化镓制成的100毫米晶圆ღღ◈，为后续氧化镓在功率半导体等领域的广泛应用奠定了基础ღღ◈。目前ღღ◈，NCT主导了全球90%的氧化镓单晶衬底市场ღღ◈，且已实现6英寸氧化镓晶圆量产ღღ◈。

　　ღღ◈，成功发布全球首颗氧化镓8英寸单晶ღღ◈，这一成果标志着中国成为全球首个掌握8英寸氧化镓单晶生长技术的国家ღღ◈，打破了大尺寸氧化镓单晶“日本主导ღღ◈、中美欧追赶”的格局ღღ◈。据了解ღღ◈，镓仁半导体采用的铸造法ღღ◈，不仅成功实现了8英寸氧化镓单晶生长ღღ◈，还能加工出相应尺寸的晶圆衬底ღღ◈，并且可以与现有硅基芯片厂的8英寸生产线兼容ღღ◈，降低了生产成本ღღ◈，提高了生产效率ღღ◈。

　　同时ღღ◈，富加镓业宣布其氧化镓MOCVD同质外延技术取得突破ღღ◈，在氧化镓单晶衬底上生长的同质外延薄膜厚度首次突破10微米ღღ◈，标准化产品将于同年4月正式上市ღღ◈。2024年9月ღღ◈，其打造的国内首条6英寸氧化镓单晶及外延片生长线在杭州富阳开工建设ღღ◈，预计2025年年初投入使用ღღ◈，未来将实现年产万片生产规模ღღ◈，进一步推动氧化镓材料在市场上的供应和应用ღღ◈。

　　这两家企业ღღ◈，我国从事氧化镓材料和器件的企业还有北京镓族科技ღღ◈、苏州镓和ღღ◈、苏州镓耀等ღღ◈，以及一些开始试水的初创公司ღღ◈，共同促进我国在新一代半导体材料领域提速发展ღღ◈。

　　西安电子科技大学教授张金风向《中国电子报》指出ღღ◈，金刚石属于新兴的超宽禁带半导体材料ღღ◈，具有禁带宽度大蜜桃95ღღ◈、耐击穿ღღ◈、载流子迁移率高ღღ◈、热导率极高ღღ◈、抗辐照等优点ღღ◈。在热沉pp电子设备ღღ◈、大功率ღღ◈、高频器件ღღ◈、光学窗口ღღ◈、量子信息等领域具有极大应用潜力ღღ◈。

　　具体来看pp电子设备ღღ◈，金刚石的禁带宽度高达5.45eVღღ◈，是硅的近三倍ღღ◈，这一特性赋予金刚石卓越的稳定性和可靠性ღღ◈，使其能够在高温ღღ◈、高电压环境下稳定工作ღღ◈。同时ღღ◈，金刚石的热导率极高ღღ◈，室温下可达2200W/(m・K)ღღ◈，是硅的13倍ღღ◈，极大地提高了芯片的散热效率蜜桃95ღღ◈，从而提升了整个电子设备的性能和稳定性ღღ◈。此外pp电子设备ღღ◈，金刚石还具有高击穿电场强度ღღ◈，可达10MV/cm以上ღღ◈，这使其在高功率ღღ◈、高频率器件的应用中展现出巨大优势ღღ◈。这些卓越的性能都是目前已知材料中最高的ღღ◈，让金刚石成为半导体领域梦寐以求的理想材料ღღ◈，可以满足未来大功率ღღ◈、强电场和抗辐射等方面的需求ღღ◈。

　　专家表示ღღ◈，金刚石半导体的应用前景极为广阔ღღ◈，在众多领域都展现出巨大的应用潜力ღღ◈。在电子信息领域ღღ◈，基于金刚石的高频ღღ◈、高功率器件可用于5G和

　　通信基站ღღ◈，能够显著提高信号传输速度和质量ღღ◈，降低能耗ღღ◈。在能源领域ღღ◈，金刚石基功率器件可用于高效能源转换和存储系统ღღ◈，如电动汽车的电池管理系统和光伏逆变器ღღ◈，提高能源利用效率ღღ◈。在航空航天领域ღღ◈，金刚石半导体的高稳定性和抗辐射性能使其成为航空航天的关键材料ღღ◈，可用于制造高性能雷达ღღ◈、卫星通信设备等ღღ◈。此外ღღ◈，在医疗ღღ◈、传感器等领域ღღ◈，金刚石半导体也具有广泛的应用前景ღღ◈。

　　然而ღღ◈，目前金刚石半导体材料的制备技术难度较高ღღ◈，成本高昂ღღ◈，限制了其大规模应用ღღ◈，亟需在制备工艺上取得突破pp电子设备ღღ◈。由于金刚石的生长过程对设备和工艺要求极高ღღ◈，如何在保证材料质量的前提下ღღ◈，实现高效ღღ◈、低成本的生产蜜桃95ღღ◈，是产业发展亟待解决的问题ღღ◈。此外ღღ◈，金刚石与现有半导体工艺的兼容性也需要进一步研究和改进ღღ◈。由于金刚石的物理化学性质与传统半导体材料存在较大差异ღღ◈，如何将其更好地融入现有的半导体制造流程ღღ◈，是金刚石半导体未来应用的关键ღღ◈。

　　科学家们很早就开启了对金刚石的开发研究ღღ◈。早在20世纪70年代ღღ◈，美国科学家就开发出利用高温高压法（HPHT）生长小块状金刚石单晶ღღ◈，开启了金刚石研究的热潮ღღ◈。

　　根据李成明的介绍ღღ◈，近年来金刚石功率电子学在材料和器件方面均有新的技术突破ღღ◈。在材料方面ღღ◈，采用高温高压法制备的单晶金刚石直径已达20mmღღ◈，且缺陷密度较低ღღ◈。如果是采用化学气相沉积(CVD)法ღღ◈，同质外延生长的独立单晶薄片具有缺陷密度低的特点ღღ◈，最大尺寸可达1英寸ღღ◈；采用“平铺克隆”晶片的马赛克拼接技术生长的金刚石晶圆可达2英寸ღღ◈。而采用金刚石异质外延技术的晶圆可达4 英寸ღღ◈。如果是低成本的异质外延CVD法ღღ◈，金刚石多晶薄膜的发展和应用已很活跃ღღ◈，晶圆已达8英寸ღღ◈，已可作为导热衬底ღღ◈，用于新一代GaN功率电子器件ღღ◈。

　　近年来ღღ◈，我国在金刚石方面的研究也取得了一系列突破ღღ◈。全球人造金刚石产能第一的黄河旋风ღღ◈，凭借其在高温高压法（HPHT）和化学气相沉积法（CVD）的深厚技术积累ღღ◈，与华为展开深度合作ღღ◈。双方联合开发热导率超2000W/m・K的多晶金刚石热沉片ღღ◈，该产品主要用于5G基站和AI芯片散热ღღ◈，有效解决了高算力设备在运行过程中的散热难题ღღ◈。同时ღღ◈，黄河旋风还积极布局半导体衬底材料研发ღღ◈，致力于在金刚石半导体产业链上占据更有利的位置ღღ◈。

　　设备方面ღღ◈，北方华创作为国内半导体设备的领军企业ღღ◈，积极布局新一代半导体材料设备研发ღღ◈，向国内多家研究机构提供用于金刚石等新一代半导体材料的晶体生长设备ღღ◈。晶体生长设备是半导体材料产业化的核心装备ღღ◈，使科研人员能够精确控制金刚石晶体的生长条件pp电子设备ღღ◈，制备出高质量的金刚石衬底和外延层ღღ◈，为后续金刚石半导体器件的制造提供了支持ღღ◈。

　　氮化铝也是超宽禁带半导体材料的重要成员ღღ◈，其禁带宽度高达6.2eVღღ◈，能够在更短的波长下工作ღღ◈，尤其在深紫外光电器件方面具有巨大的应用潜力ღღ◈。同时ღღ◈，氮化铝拥有高击穿电场强度ღღ◈，可达15.4MV/cmღღ◈，能够承受更高的电压ღღ◈，在高功率ღღ◈、高压应用场景中表现出色ღღ◈。此外ღღ◈，氮化铝的热导率极高ღღ◈，达到340W/(m∙K)ღღ◈，在散热方面优势显著ღღ◈，能够有效解决芯片在高功率运行时的过热问题ღღ◈，提高电子设备的稳定性和可靠性ღღ◈。而且ღღ◈，氮化铝还具备出色的化学和热稳定性ღღ◈，以及良好的紫外透过率ღღ◈。

　　氮化铝的应用领域非常广泛ღღ◈，在电力电子领域ღღ◈，随着各行业向电气化迈进ღღ◈，对高效电力转换与分配系统的需求日益增长ღღ◈。基于氮化铝的器件能够显著提升电力转换与分配系统的能源效率ღღ◈。因其超宽带隙ღღ◈，可实现耐压大于10千伏的器件ღღ◈，有助于减小系统尺寸并增强控制能力ღღ◈。例如ღღ◈，在电网级应用中ღღ◈，氮化铝衬底仅需15μm厚度即可满足10kV变电站需求ღღ◈，相比传统材料可减少70%体积ღღ◈。美国佐治亚理工大学指出ღღ◈，氮化铝是下一代柔性智能电网的首选半导体材料ღღ◈。此外ღღ◈，有报道称氮化铝基功率器件在DC-DC/DC-AC转换过程中的能耗损失仅是SiC/GaN的八分之一ღღ◈，在新能源汽车800V高压平台下ღღ◈，氮化铝可使电机控制器效率提升5%ღღ◈，还能使光伏逆变器的系统损耗降低30%ღღ◈。

　　在微波射频领域ღღ◈，为实现5G通信ღღ◈、卫星通讯ღღ◈、相控阵雷达等应用所需的顶尖性能ღღ◈，需要解决器件ღღ◈、模组的散热和高热边界问题ღღ◈。基于氮化铝平台的器件能在常用的氮化镓射频高电子迁移率晶体管（GaN RF HEMT）之间提供低热边界电阻ღღ◈，同时具备高体热导率ღღ◈，可有效解决射频器件的热管理难题ღღ◈。预计未来ღღ◈，使用氮化铝的5G甚至6G基站的功放效率可突破65%ღღ◈，基站能耗将下降40%ღღ◈，相控阵雷达的功率密度将提升3倍ღღ◈，探测距离增加50%ღღ◈。

　　在航空航天方面ღღ◈，采用氮化铝材料可以使深地探测器在300℃地热环境中稳定工作超过10万小时ღღ◈。氮化铝还能将空间站电源系统的抗辐射能力提升100倍ღღ◈，寿命延长至15年ღღ◈。

　　但氮化铝同样在制备高质量的大尺寸单晶和降低位错密度方面面临挑战ღღ◈。一方面ღღ◈，氮化铝单晶的生长难度较大ღღ◈，制备大尺寸ღღ◈、高质量的单晶衬底成本较高ღღ◈。另一方面ღღ◈，相关的器件设计和制造工艺也需要不断创新和改进ღღ◈，以充分发挥氮化铝的性能优势ღღ◈。由于氮化铝与传统半导体材料的物理化学性质存在差异ღღ◈，现有的半导体制造工艺难以直接应用于氮化铝器件的生产ღღ◈，需要开发新的工艺和设备ღღ◈。

　　在科研领域ღღ◈，氮化铝不断取得重要突破ღღ◈。德国弗劳恩霍夫集成系统与器件技术研究所（Fraunhofer IISB）的研究人员通过优化晶体生长工艺ღღ◈，成功制备出低缺陷密度的氮化铝外延层ღღ◈。基于该外延层制作的氮化铝肖特基二极管ღღ◈，在测试中展现出高达2200伏的击穿电压ღღ◈，且在高电流密度下仍能保持较低的导通电阻ღღ◈，其功率密度相较于传统碳化硅和氮化镓基功率开关器件有显著提升ღღ◈。

　　美国Crystal IS（旭化成全资子公司）已相继开发出3英寸蜜桃95ღღ◈、4英寸氮化铝单晶衬底样片ღღ◈。我国的奥趋光电技术（杭州）有限公司也取得了显著成果ღღ◈，分别成功开发出3英寸氮化铝单晶和超高深紫外光透过率2英寸单晶衬底ღღ◈。

　　除了最具代表性的三大“猛将”ღღ◈，还有另一类新一代半导体材料名为超窄禁带半导体材料ღღ◈，以锑化镓（GaSb）ღღ◈、锑化铟（InSb）等为代表ღღ◈，它们的禁带宽度在零点几电子伏特（eV）范围ღღ◈。这类材料的电子容易被激发跃迁ღღ◈，迁移率高ღღ◈，主要应用于红外探测ღღ◈、激光器等领域ღღ◈。在红外探测器中ღღ◈，锑化铟凭借其高电子迁移率和对红外光的高灵敏度ღღ◈，能够实现对微弱红外信号的快速检测和精确成像ღღ◈，广泛应用于工业检测ღღ◈、医学成像等领域ღღ◈；锑化镓则在红外激光器的制造中发挥重要作用ღღ◈，可用于光通信ღღ◈、激光雷达等应用场景ღღ◈，为实现高精度的距离测量和信息传输提供支持ღღ◈。

　　总体来看ღღ◈，新一代半导体材料对于半导体行业的发展具有不可估量的重要性ღღ◈，有望突破现有半导体材料的性能瓶颈ღღ◈，满足未来电子设备对高性能ღღ◈、高可靠性ღღ◈、低能耗的需求ღღ◈，推动半导体行业向更高层次发展ღღ◈。但新一代半导体目前的研发都面临着制备工艺不成熟ღღ◈、成本居高不下ღღ◈、与现有半导体制造工艺的兼容性差等关键难题ღღ◈。而且ღღ◈，由于新一代半导体材料是新兴领域ღღ◈，相关的产业链配套不完善ღღ◈，原材料供应ღღ◈、设备制造ღღ◈、器件封装测试等环节都存在不足ღღ◈，制约了产业的快速发展ღღ◈。因此ღღ◈，业界应该更加重视新一代半导体材料的研发和产业化ღღ◈，促进政产学研用金形成合力pp电子设备ღღ◈，加强协同创新蜜桃95ღღ◈，推动产业的发展ღღ◈。