2025年3月25日，杭州镓仁半导体有限公司(以下简称“镓仁半导体”)继发布全球首颗8英寸氧化镓单晶之后，又一次取得突破性进展，基于自主创新的氧化镓单晶生长技术与大尺寸衬底加工技术，成功制备了全球首款8英寸（200mm）氧化镓晶圆衬底。我国第四代半导体氧化镓晶圆衬底率先迈入8英寸时代，不仅填补了全球氧化镓产业空白，更标志着我国在该领域实现从跟跑到领跑的跨越。
一、8英寸氧化镓晶圆衬底的重大产业价值
中国氧化镓率先进入8英寸时代，其产业价值可从三个维度进行体现:
其一，技术兼容性层面。8 英寸氧化镓衬底与现有硅基半导体产业的 8 英寸制造体系形成良好适配，为产业化进程按下加速键。这种产线兼容性优势可有效缩短技术转化周期，降低企业技术升级成本。
其二，经济效能层面。衬底尺寸的升级带来显著的材料利用率提升，单片晶圆可制造芯片数量呈几何级增长，配合生产工艺优化，将推动氧化镓器件单位成本实现突破性下降，同步实现生产效率的显著提升。
其三，产业战略层面。中国在全球范围内率先攻克 8 英寸氧化镓制备技术壁垒，不仅标志着我国在超宽禁带半导体领域取得重大技术突破，更通过建立先发优势形成产业竞争护城河。这一技术跨越为我国半导体产业在全球价值链重构中掌握关键话语权，为构建自主可控的半导体产业生态奠定坚实基础。
图1 镓仁半导体8英寸氧化镓晶圆衬底
图2 镓仁半导体氧化镓晶圆衬底尺寸快速演进
二、氧化镓简介
近年来，随着新能源、光伏发电、雷达探测、5G移动通信等领域的高速发展，以氧化镓(β-Ga2O3)为代表的具有更高禁带宽度与击穿电场强度的超宽禁带半导体材料，开始引起各界的广泛关注与重视。
01 氧化镓性质优异
1.更高的工作电压、功率
氧化镓单晶禁带宽度约为4.8eV，击穿电场强度约为8MV/cm，远大于Si(1.1eV，0.3MV/cm)、SiC(3.3eV，2.5MV/cm)、GaN(3.4eV，3.3MV/cm)等材料，制作的功率器件具有更高的工作电压、功率。
2.更低的能量损耗
氧化镓的巴利加优值大约是SiC的10倍、GaN的4倍，使用氧化镓研制的器件将具有更小的导通电阻和更高的功率转换效率。
3.同时满足高频率与高功率
氧化镓约翰逊优值大(2844)，较SiC和GaN更有优势，同时满足高频率与高功率的要求，在射频领域前景广阔。
4.紫外光电性能优异
氧化镓单晶紫外截止边短(260nm)，且紫外波段的透过率受载流子浓度影响小，在制备深紫外光电器件方面优势明显。
5.热稳定性与化学稳定性强
基于氧化镓优异的物理性质，氧化镓在制作高压功率器件、射频器件、深紫外光电器件等方面具有明显优势。
图3 氧化镓单晶物性参数及氧化镓功率晶体管基准图
（Ref: S. J. Pearton, et al., Appl. Phys. Rev., 5, 2018, 011301;A. J. Green, et al., APL Mater., 10, 2022, 029201）
02 氧化镓应用前景广阔
1.功率器件领域
尤其是大于650V的中压、高压以及特高压功率器件领域，比如新能源汽车快充、工业电源、电网高压功率模块等。目前，氧化镓功率器件多集中于肖特基二极管(SBD)与场效应晶体管(FET)两种器件结构。其中，氧化镓基 SBD具有更快的开关速度、更高的效率、更好的导电性和高温可操作性；氧化镓基 MOSFETS 可以在保证低损耗的同时，实现大电流和高电压的快速切换。以新能源汽车为例，采用氧化镓功率器件有助于高压电气系统电压向 1200V甚至更高电压提升，未来氧化镓有望将新能源汽车的充电时间缩短至现在的 1/4，实现分钟级快速充电。此外，作为电力电子器件来说，氧化镓器件电能损耗远低于硅基、碳化硅器件，因此氧化镓的应用将会为国家双碳战略提供助力。
2.高功率射频器件领域
氧化镓的电子饱和速度、约翰逊优值较高，在射频器件领域具有很大应用潜力，比如通信基站和雷达系统等，对于通信、国防、航空航天等领域具有重要意义。目前，制作射频器件的主流材料为GaN，由于受限于GaN衬底昂贵的价格，业界主要使用Si、蓝宝石、SiC衬底进行异质外延以降低成本，但如此以来衬底与外延层之间会存在晶格失配，从而导致质量下降。而以氧化镓与GaN晶格失配度较低，以氧化镓为衬底进行GaN外延生长将会提高外延质量，因此氧化镓在射频领域应用潜力巨大。
3.深紫外光电器件领域
氧化镓还可用于日盲探测、辐射探测等特有领域。“日盲”紫外探测是近年来迅速发展起来的一种新型探测技术，主要应用于紫外预警、紫外侦察、紫外制导和紫外非视线通讯等军事领域，以及环境监测、生化检测、工业燃烧过程控制、医学紫外成像等民用领域。
未来，随着氧化镓应用的推广及成熟化，还有望应用于空间技术、商业航空及低空经济等前沿领域。未来，氧化镓的日盲特性、耐辐射、抗极端环境的特质将延伸至空间飞行器上的高可靠性电子器件等空间科技领域，有助于提升空间电子系统的稳定性和寿命。在商业航空方面，氧化镓的高击穿电场强度和低导通电阻特性，使其适合用于制造航空电子设备中的功率器件，可赋能飞机电力系统的轻量化与高效化；基于其光电特性可制作成各种传感器，有助于提高飞机的安全性和维护效率。对于蓬勃发展的低空经济，其在无人机超快充电模组、通信基础设施等方面中的应用潜力同样值得期待。当前我国已形成从晶体生长到器件设计的全链条研发体系，随着产学研协同创新和上下游联动深化，这种战略级新材料或将成为宽禁带半导体家族中闪耀的新星。
三、相约SEMICON 盛会
恰逢SEMICON CHINA 2025在上海新国际博览中心(上海市浦东新区龙阳路2345号)隆重举行，镓仁半导体将出席本次盛会并展出8英寸氧化镓晶圆衬底。镓仁半导体将在现场等候您的莅临，共同交流产业趋势，沟通最新科研技术，探讨行业新思路，发展新模式，谋求新合作! 在此，诚挚邀请您莅临我司展位N1-1151。
四、镓仁半导体自研氧化镓专用 VB法晶体生长设备全面开放销售
镓仁半导体不仅提供氧化镓单晶衬底产品，还全面开放氧化镓专用VB法晶体生长设备及配套工艺包的销售。
2024年9月，镓仁半导体推出了首台自研氧化镓专用晶体生长设备，不仅能够满足氧化镓生长对高温和高氧环境的需求，而且能够进行全自动化晶体生长，减少了人工干预，显著提高了生产效率和晶体质量。
该设备通过工艺控制可获得多种不同晶面的大尺寸单晶，且支持向更大尺寸单晶的升级，满足高校、科研院所、企业客户对氧化镓晶体生长的科研、生产等各项需求。该型氧化镓VB法长晶设备及其工艺包已全面开放销售。
(来源：镓仁半导体)
