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( 二 ) 超低成本的材料技术或可帮助

日本的研究是产业化公司带头的，一开始就朝着主要向大尺寸、高品质、低成本等方向努力，所以率先做出产业化成果。 2012年，日本信息通信研究机构（NICT）报道了全球第一个氧化镓功率器件，是一颗场效应晶体管（MESFET），此后不久又报道了肖特基势垒二极管（SBD），就像2001年英飞凌发行首个碳化硅二极管一样，在全世界范围内引起关注，由此给业界打开了氧化镓新应用的大门。 2015年以后，日本NCT公司陆续推出高品质的氧化镓衬底和同质外延片，为科研院所提供了基础研究材料，直接结果是，从2015年开始，科研单位关于氧化镓的论文和报道开始爆发式增长，国际上开始了氧化镓领域的疯狂竞赛。
国内对氧化镓研究其实也开始得非常早， 2000年左右，我国就有单位开展相关研究了。近年来，科研院所在努力深入地探究氧化镓材料的各种特性，需要更丰富的材料来开展研究，而产业界规模化应用则需要大尺寸材料产品来提高效率并降低成本，所以氧化镓材料的国产化、低成本化呼声越来越高。一直以来我国的研究进展集中在科研机构，产业化进程比日本要缓慢，但是比美国要快得多。
到2019年，在中国半导体事业奠基人黄昆先生诞辰一百周年纪念日上，几十位院士、数百位专家共同定义了超禁带半导体，也称为第四代半导体，并以大规模实现产业应用为判定标准。目前，第三代半导体其实是指宽禁带半导体，包括碳化硅（SIC）和氮化镓(GaN)这两种禁带宽度超过3eV的材料，刚刚开始大规模应用。而第四代半导体中的超宽禁带指的是氧化镓（Ga2O3）、金刚石（Diamond）、氮化铝（AlN），这些材料中只有氧化镓已经实现大尺寸突破（6英寸），预计未来3-5年可以实现大规模应用，由日本引领风潮。
36氪：第三代半导体材料已经开始迈向降低成本的阶段，而氧化镓产业链并不成熟，二者相比，氧化镓有何材料特性和优势？
市场对第三代半导体寄予厚望，是因为他们性能较好，耐高压，可用于高功率场景，且功率损耗低，具备节能优势。氧化镓成本低、节能的优点更为突出。
碳化硅相比硅基器件，其功率损耗是硅基的七分之一，节能效果很好，而氧化镓功率损耗是碳化硅的七分之一，也就是硅基器件的1/49 ，即2% ，可以说是超大幅度节能；碳化硅常被用作功率器件，在新能源汽车上发挥节电效果，当散热较小时，可以优化散热系统，变得轻便而便宜；目前市场常用的有铜、金银等贵金属，而更好一些的材料，如石墨烯、氮化铝、金刚石等，散热效果更好，具备优化散热系统潜力；
从生长角度看，氧化镓成本很低，是唯一一个可以用熔体法生长的宽禁带半导体材料，其6寸衬底成本三五年内就可以降到1000-1500人民币，大规模生产后可以降到300元，而同样尺寸的碳化硅衬底成本大概在4000-5000元，售价超过7000元，这中间有一个巨大的成本差。
氧化镓生成晶圆衬底的速度很快，氧化镓可以采用熔体法，有些类似把筷子插进蜂蜜，再把筷子拽出来，这就已经形成了一单晶了，一个小时生长2厘米，是其他材料长速的近100倍。而在通过类似雪先融化成水、再结成冰的熔体法生成的晶体质量非常好，而气体分子沉积成晶体的过程是很慢的，品质也很难提高。
36氪：氧化镓材料可以被用于什么产品？
许照原：半导体材料的禁带越宽，需要的激活能越大，才能将电子从一个束缚的电子变成自由电子，它对波长比较长的光吸收量很少，氧化镓响应波长250~300nm ，因此可以用于探测日盲紫外光，目前这个方向受到科研人员的广泛肯定。不过我们团队还是更熟悉功率应用，光电应用就期待其他团队来努力了。