【会员新闻】氧化镓：改写半导体规则的“关键材料”

        氧化镓之所以备受关注，关键在于其卓越的物理特性。氧化镓的禁带宽度高达4.9电子伏特，远超硅材料的1.1电子伏特和碳化硅的3.3电子伏特。这种超宽禁带特性使其能够承受更高的工作电压和温度，特别适合大功率电子器件应用。

        更引人注目的是其惊人的击穿场强。研究表明，氧化镓的理论击穿场强可达8兆伏/厘米，是碳化硅和氮化镓的2倍以上。这意味着在相同耐压要求下，氧化镓器件的尺寸可以做得更小，功率密度更高。专家分析认为，这一特性将使氧化镓在电力电子领域具有革命性优势。

        此外，氧化镓单晶的生长工艺相对简单。与需要高温高压合成的碳化硅不同，氧化镓可以采用熔融法生长，这大幅降低了生产成本。据行业测算，氧化镓功率器件的成本可能仅为碳化硅器件的三分之一，这一优势为其未来产业化铺平了道路。

        全球范围内，氧化镓研究正在加速推进。美国空军研究实验室与Kyma公司的合作团队在2023年成功开发出耐压超过2000伏的氧化镓MOSFET，其性能参数较传统器件提升显著。日本FLOSFIA公司则专注于氧化镓功率器件的产业化，计划在2025年实现量产，主要面向电动汽车充电市场。

        欧洲研究机构在材料外延方面取得重要进展。德国弗劳恩霍夫研究所开发的新型异质外延技术，显著提高了氧化镓薄膜的质量，为高电子迁移率晶体管的研制奠定了基础。这些国际进展显示出氧化镓技术的快速成熟。

        在国内，氧化镓研究也呈现蓬勃发展态势。其中，浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）凭借扎实的基础研究和创新的技术路线，在氧化镓领域取得了一系列具有自主知识产权的重要成果。

        氧化镓衬底价格昂贵，严重阻碍大规模应用，国内单位采用的导模法又存在知识产权风险。团队围绕着氧化镓晶体低成本高质量生长的关键科学问题进行技术原创和迭代突破，开发了具有完全自主知识产权的全新熔体法技术——铸造法生长氧化镓体块单晶材料  ，并利用“新型铸造法”自主研发了多种核心技术，实现了大尺寸、快速生长，有望成为新一代量产技术。

        氧化镓的独特性能为其在多个重要领域带来了广阔应用前景。在智能电网建设中，氧化镓器件可以显著提升高压直流输电系统的效率和可靠性。新能源汽车领域，氧化镓功率模块有望成为800伏高压平台的关键器件，大幅缩短充电时间并提高能量利用率。

        5G/6G通信基站对高功率射频器件的需求，也为氧化镓提供了重要舞台。氧化镓器件的高频特性使其非常适合毫米波通信应用。在国防和航天领域，氧化镓器件优异的耐辐射性能，使其能够胜任卫星、深空探测器等极端环境下的工作需求。

        业内专家预测，随着材料生长和器件工艺的不断成熟，氧化镓功率器件市场规模将在未来五年内快速增长。科创中心团队将继续深化基础研究，加强产学研协同创新，重点突破大尺寸单晶生长、器件可靠性和系统集成等关键技术，为中国在新一代半导体技术竞争中赢得先机。