晶圆成本仅为碳化硅10%，四代半导体材料距离商业落地还有多远？｜36氪专访超低成本的材料技术或可帮助

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超低成本的材料技术或可帮助第四代半导体抢滩登陆。文｜杨逍
来源｜36氪Pro（ID：krkrpro）
封面来源｜视觉中国
随着2018年特斯拉采用碳化硅（SiC）、2020年小米在快充上使用氮化镓开始，第三代半导体经过三四十年的发展终于获得市场认可迎来发展机遇。此后，第三代半导体在新能源车、消费电子等领域快速发展开来，并逐渐从热门场景向更多拓展场景探索。
在第三代半导体发展得如火如荼之际，氧化镓、氮化铝、金刚石等第四代半导体材料也开始受到关注。其中，氧化镓(Ga2O3)是被国际普遍关注并认可已开启产业化的第四代半导体材料。
氧化镓(Ga2O3)在耐压、电流、功率、损耗等维度都有其优势，此前被用于光电领域的应用，直到2012年开始，业内对它更大的期待变成用于功率器件，全球80%的研究单位都在朝着该方向发展。
日本在氧化镓研究上是最前沿的。 2012年日本报道了第一颗氧化镓功率器件， 2015年推出了高质量氧化镓单晶衬底、2016年推出了同质外延片，此后，基于氧化镓材料的器件研究成果开始爆发式出现。
我国氧化镓的研究则更集中于科研领域，产业化进程刚刚起步，但是进展飞速，今年我国科技部将氧化镓列入“十四五重点研发计划” ，让第四代半导体获得更广泛关注。
一个材料产业的发展，需要材料、器件、模组、应用等多个环节形成完整循环。目前，第三代半导体材料已发展出完整的产业链，且向着成本不断降低的方向发展；而氧化镓则仍处于一个研究继续深入，产业化初步开始的阶段。
氧化镓想要获得产业发展，需要具备至少3个要素：一是材料成本降低，足以用于产业；二是衬底、外延、器件产业链发展完善；三是，出现示范性应用。
此前，氧化镓衬底主要采用导模法（EFG法）进行生产，由于EFG法需要在1800℃左右的高温、含氧环境下进行晶体生长，对生长环境要求很高，需要耐高温、耐氧，还不能污染晶体等特性的材料做坩埚，综合考虑性能和成本只有贵金属铱适合盛装氧化镓熔体。但一方面铱价格昂贵，价格是黄金的三倍， 6英寸设备需要几公斤的铱，相当于一大块黄金，仅坩埚造价就超过600万，从大规模生产角度很难扩展设备数量，另一方面，铱只能依赖进口，给供应链带来很大风险。
值得关注的是，我国的深圳进化半导体，日本东北大学联合C&A公司都报道了无铱工艺，从关键材料端角度让低成本氧化镓成为可能，也推动整个产业链的发展进程。
本文，我们邀请了在专注于氧化镓材料的进化半导体公司CEO许照原，共同探讨第四代化合物半导体氧化镓的发展情况，正文将回答几个问题：
什么是氧化镓
氧化镓材料研究走到哪一步
距离产业链成熟还有多远

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什么是氧化镓？
36氪：第四代半导体材料氧化镓相关研究最早出现于什么时候？能否简单介绍一下什么是第四代半导体？
许照原：其实我们一般不提第四代这个叫法，而是超禁带半导体材料，这些材料相对冷门，我时常将它介绍成跟氮化镓、碳化硅竞争并存的一种材料，不过有越来越多的人喜欢叫“第四代” ，确实比较醒目，容易引起关注。超禁带半导体分两个方向，一是超窄禁带，禁带宽度（指被束缚的价电子产生本征激发所需要的最小能量）在零点几电子伏特（eV），比超窄禁带更窄的材料便称为导体；二是超宽禁带，如禁带宽度在4.9eV的氧化镓，以及更高的金刚石、氮化铝等，当禁带宽度超过6.2eV ，基本上就是绝缘体。目前来看，超禁带半导体将会是最后一代半导体，尤其是金刚石很早就被称为“终极半导体” 。