本文转自：广州日报近日|为了这种超强半导体，他们默默熬了十年( 二 ) 本文转自：广州日报

氧化镓已经成为国际上超宽禁带半导体领域的研究热点，比如日本经济产业省便计划为致力于开发“氧化镓”的私营企业和大学提供财政支持。目前中国在氧化镓材料方向的研究正处于开拓阶段，仍然缺乏自主生产优质氧化镓材料的能力。
从0到1打造半导体制备核心设备
半导体器件和电路在半导体材料晶圆的表层形成。而晶圆制备包括衬底制备和外延工艺两大环节。衬底是由半导体单晶材料制造而成的晶圆片。外延则是指在经过切、磨、抛等仔细加工的单晶衬底上生长一层新单晶薄膜的过程。新单晶薄膜可以与衬底为同一材料，也可以是不同材料。而第三代和第四代半导体器件几乎都做在外延层的单晶薄膜上，这层薄膜的质量、均匀度等参数直接决定着器件的各项电学性能。
“就氧化镓半导体器件来说，主要发挥关键核心电学功能是这层透明氧化镓膜，这个膜只有几微米级（1米的一百万分之一）的厚度。衬体只是起支撑作用，以方便后期对这层薄膜进行加工。 ”王钢告诉采访人员。

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晶圆制备包括衬底制备和外延工艺两大环节
氧化镓这种材料在自然界根本不存在，需要人工进行合成，氧和镓两种元素的反应需要在接近1000摄氏度的环境下进行。
化学气相沉积（CVD）技术是用来制备高纯、高性能固体薄膜的主要技术。在典型的CVD工艺过程中，把一种或多种蒸汽源原子或分子引入腔室中，在外部能量作用下发生化学反应并在衬底表面形成需要的薄膜。所以化学气相沉积（CVD）设备也就成为半导体器件制造当中的核心设备。

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化学气相沉积设备是半导体器件制造当中的核心设备
当采访人员走进宽禁带半导体材料和器件实验室，一代代大型CVD设备映入眼帘。王钢说，这些都是从欧洲国家购买回来的CVD设备。当年谈判之艰辛、耗费之巨大，至今王钢记忆犹新。 “2006年我们从英国买回这台长氮化物的机器，为了打折我们谈得很辛苦，但也花了我们将近1000万人民币。 ”王钢说。
就氧化镓材料而言，目前国际主流的技术路线是在氧化镓单晶衬底上采用HVPE设备同质外延生长β相氧化镓单晶薄膜，但其单晶制备和薄膜生长技术及设备的相关知识产权完全掌握在日本手中。
为了实现氧化镓外延材料及核心装备从0到1的突破，王钢带领团队开始研制大尺寸、高质量氧化镓半导体薄膜材料异质外延生长用MOCVD（金属有机化学气相沉积）设备，同时研发氧化镓单晶薄膜材料的大尺寸异质外延生长工艺技术。
王钢告诉采访人员，目前氧化镓单晶薄膜材料生长主要面临结晶质量问题。 “理想的半导体材料，是由许多原子按照一定规律的周期性排布而形成。但在半导体材料的制备过程中，由于各种原因，原子排布的周期性常常会被打破，材料因此就会出现缺陷。 ”王钢说，他们的目标就是改进材料生长技术，努力降低材料中的缺陷密度。
大尺寸同样是王钢团队面临的挑战。因为半导体行业不仅身处科研领域，也和应用市场密切关联，对成本和价格非常敏感。对于半导体材料而言，制备的尺寸越大越具有价格优势，同样产生的缺陷也会更多。
“我们去波士顿开学术交流会议时，听到日本专家分享氧化镓的功率电子器件的原型。我认为我们同样有能力完成此事，还能走出不同的技术路径，于是我们回国之后立马着手研究，并以蓝宝石作为衬底进行异质外延尝试。 ”王钢说，在起初的两年时间里，他们都无法在蓝宝石衬底上长出薄膜材料。这种气闷难受的感觉一直让王钢难以忘怀，他也有过疑虑：这个研究方向是否真的能走向成功？