中國粉體網(wǎng)訊 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)，政治和國防安全的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，先進(jìn)陶瓷的研發(fā)與生產(chǎn)水平直接影響我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，無論從經(jīng)濟(jì)安全角度還是產(chǎn)業(yè)成本考慮，要突破我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨“卡脖子”的窘境，必須重視先進(jìn)陶瓷的發(fā)展。2023年6月14日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“第二屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)”在江蘇蘇州隆重開幕，會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到眾多專家學(xué)者做客“對(duì)話”欄目，圍繞先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用研究進(jìn)行訪談交流。本期，我們邀請(qǐng)到的是上海光機(jī)所的夏長泰研究員。
中國粉體網(wǎng)：去年的8月份，美國商務(wù)部工業(yè)和安全局曾發(fā)布一項(xiàng)臨時(shí)最終規(guī)定，對(duì)包括氧化鎵在內(nèi)的4項(xiàng)“新興和基礎(chǔ)技術(shù)”實(shí)施出口管制。請(qǐng)問夏老師，氧化鎵為何會(huì)被如此重視？它的應(yīng)用價(jià)值有多大？
夏長泰研究員：關(guān)于美國在該方面的管制我也了解過，氧化鎵和金剛石之所以被列為管制材料，這兩種材料都是高端的電力電子器件的材料，我們國內(nèi)稱之為第四代半導(dǎo)體。另外，因?yàn)檠趸壟c金剛石實(shí)際上作為器件來講才剛剛起步，所以現(xiàn)在主要是對(duì)單晶襯底進(jìn)行出口管制。氧化鎵尤其特殊，因?yàn)檠趸壸鳛榘雽?dǎo)體材料除了物理性能好之外，它還可以采用如同拉制單晶硅與藍(lán)寶石的方法進(jìn)行制備，而其它的寬禁帶半導(dǎo)體不具備這個(gè)條件，同樣金剛石也沒有這個(gè)條件。就是說，氧化鎵可以容易地獲得單晶襯底，那么有了同質(zhì)襯底，這在做氧化鎵器件的時(shí)候是一個(gè)非常大的優(yōu)勢。
中國粉體網(wǎng)：請(qǐng)問夏老師，氧化鎵半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈涉及哪些關(guān)鍵環(huán)節(jié)？
夏長泰研究員：氧化鎵的產(chǎn)業(yè)鏈與其它半導(dǎo)體，例如硅、碳化硅、氮化鎵等半導(dǎo)體基本上是一致的。最開始是襯底，接下來是外延，下面是器件，器件模塊及應(yīng)用。實(shí)際上在生長單晶前面還有氧化鎵粉體的制備，這是產(chǎn)業(yè)鏈最前面的環(huán)節(jié)，我們也應(yīng)該加大力度研究。我了解到，比如說日本把我們的氧化鎵粉買過去，我們再高價(jià)買他們加工過的高純氧化鎵粉，這就提醒我們要加大力度把高端的氧化鎵原料做好。
中國粉體網(wǎng)：夏老師，有人認(rèn)為未來氧化鎵器件將會(huì)直接與碳化硅器件競爭，甚至是替代碳化硅和氮化鎵，對(duì)此您怎么看？
夏長泰研究員：這里面競爭肯定是有的，從它們的物理特性來講，氧化鎵的禁帶寬度比碳化硅、氮化鎵要大，碳化硅、氮化鎵的禁帶寬度是3.5左右，而氧化鎵的禁帶寬度接近5，那么它們的禁帶寬度差別大就意味著氧化鎵器件的耐壓特性會(huì)比碳化硅、氮化鎵更強(qiáng)，所以說氧化鎵可以在碳化硅、氮化鎵不能勝任的領(lǐng)域發(fā)揮自己的優(yōu)勢，即它可以在更高電壓、更大功率的環(huán)境中應(yīng)用。說取代這一般是不可能的，因?yàn)樵跉v史上我們很少看到比如一個(gè)新的半導(dǎo)體出來之后取代前面的半導(dǎo)體。另外，就氧化鎵來講，實(shí)際上它的產(chǎn)業(yè)化才剛剛開始，日本才剛剛有器件的產(chǎn)業(yè)化，后面還有很大的發(fā)展空間。
中國粉體網(wǎng)：請(qǐng)問夏老師，目前我國氧化鎵半導(dǎo)體的研究及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展如何？面臨的困難有哪些？
夏長泰研究員：現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化才剛剛開始，主要是在晶體方面，做器件的還比較少。單晶產(chǎn)業(yè)化方面其實(shí)我們國家挺活躍的，相關(guān)公司的數(shù)量可能比國外的總和都多，這是一件好事，希望我們能盡快解決單晶的國產(chǎn)化。一旦擁有自己的單晶襯底，氧化鎵半導(dǎo)體器件的研究及其產(chǎn)業(yè)化會(huì)大大加速。
中國粉體網(wǎng)：據(jù)您了解，目前世界各國對(duì)氧化鎵都有怎樣的布局？進(jìn)展如何？
夏長泰研究員：2022年，美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家三十幾位頂級(jí)科研人員寫了一篇相關(guān)綜述，涉及發(fā)展路線圖，我們可以看出他們對(duì)未來氧化鎵半導(dǎo)體發(fā)展的預(yù)測。實(shí)際上國外在研究方面的相互聯(lián)系可能比我們國內(nèi)更多一些，我們國內(nèi)好像很少有頂級(jí)的科學(xué)家寫這么一個(gè)氧化鎵的發(fā)展路線圖，多數(shù)情況下我們在做的是參考國外。
中國粉體網(wǎng)：目前進(jìn)展最快的應(yīng)該就是日本，他們的研究進(jìn)展如何，比我們高在什么地方？
夏長泰研究員：氧化鎵首先是日本人提出來的，其實(shí)當(dāng)年最早提出來不是說它本身作為半導(dǎo)體。2004年氧化鎵被提出來，說氧化鎵單晶可以作為氮化鎵的襯底，當(dāng)時(shí)氮化鎵LED非常熱，氧化鎵作為襯底可以做成導(dǎo)電襯底。氮化鎵的襯底主要是藍(lán)寶石，而藍(lán)寶石不導(dǎo)電，那么藍(lán)寶石做襯底時(shí)，作電極只能做在同一側(cè)，同時(shí)一部分長好的氮化鎵還需要被切除掉。如果用氧化鎵做襯底，導(dǎo)電的襯底會(huì)令器件結(jié)構(gòu)變得簡單，這對(duì)LED的功率提升等都是有好處的。后來，到了2012年左右才發(fā)現(xiàn)氧化鎵本身是一種很好的半導(dǎo)體材料，此后，氧化鎵成為了世界研究熱點(diǎn)。日本在氧化鎵方面始終走在最前面，現(xiàn)在已經(jīng)有器件產(chǎn)業(yè)化，國際上，90%以上的氧化鎵單晶襯底出自日本。他們的優(yōu)勢首先是氧化鎵是他們最先提出的，其次，從一開始，即自2004年就有公司參與，也就是說，他們很早就針對(duì)產(chǎn)業(yè)化而開展研究。另外，日本在材料研究方面整體實(shí)力也很強(qiáng)。
中國粉體網(wǎng)：好的，感謝夏老師接受我們的采訪。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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