中國粉體網(wǎng)訊 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)，政治和國防安全的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，先進(jìn)陶瓷的研發(fā)與生產(chǎn)水平直接影響我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，無論從經(jīng)濟(jì)安全角度還是產(chǎn)業(yè)成本考慮，要突破我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨“卡脖子”的窘境，必須重視先進(jìn)陶瓷的發(fā)展。2023年6月14日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“第二屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會”在江蘇蘇州隆重開幕，會議期間，我們邀請到眾多專家學(xué)者做客“對話”欄目，圍繞先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用研究進(jìn)行訪談交流。本期，我們邀請到的是上海光機(jī)所的夏長泰研究員。
中國粉體網(wǎng)：去年的8月份，美國商務(wù)部工業(yè)和安全局曾發(fā)布一項(xiàng)臨時最終規(guī)定，對包括氧化鎵在內(nèi)的4項(xiàng)“新興和基礎(chǔ)技術(shù)”實(shí)施出口管制。請問夏老師，氧化鎵為何會被如此重視？它的應(yīng)用價(jià)值有多大？
夏長泰研究員：關(guān)于美國在該方面的管制我也了解過，氧化鎵和金剛石之所以被列為管制材料，這兩種材料都是高端的電力電子器件的材料，我們國內(nèi)稱之為第四代半導(dǎo)體。另外，因?yàn)檠趸壟c金剛石實(shí)際上作為器件來講才剛剛起步，所以現(xiàn)在主要是對單晶襯底進(jìn)行出口管制。氧化鎵尤其特殊，因?yàn)檠趸壸鳛榘雽?dǎo)體材料除了物理性能好之外，它還可以采用如同拉制單晶硅與藍(lán)寶石的方法進(jìn)行制備，而其它的寬禁帶半導(dǎo)體不具備這個條件，同樣金剛石也沒有這個條件。就是說，氧化鎵可以容易地獲得單晶襯底，那么有了同質(zhì)襯底，這在做氧化鎵器件的時候是一個非常大的優(yōu)勢。
中國粉體網(wǎng)：請問夏老師，氧化鎵半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈涉及哪些關(guān)鍵環(huán)節(jié)？
夏長泰研究員：氧化鎵的產(chǎn)業(yè)鏈與其它半導(dǎo)體，例如硅、碳化硅、氮化鎵等半導(dǎo)體基本上是一致的。最開始是襯底，接下來是外延，下面是器件，器件模塊及應(yīng)用。實(shí)際上在生長單晶前面還有氧化鎵粉體的制備，這是產(chǎn)業(yè)鏈最前面的環(huán)節(jié)，我們也應(yīng)該加大力度研究。我了解到，比如說日本把我們的氧化鎵粉買過去，我們再高價(jià)買他們加工過的高純氧化鎵粉，這就提醒我們要加大力度把高端的氧化鎵原料做好。
中國粉體網(wǎng)：夏老師，有人認(rèn)為未來氧化鎵器件將會直接與碳化硅器件競爭，甚至是替代碳化硅和氮化鎵，對此您怎么看？
夏長泰研究員：這里面競爭肯定是有的，從它們的物理特性來講，氧化鎵的禁帶寬度比碳化硅、氮化鎵要大，碳化硅、氮化鎵的禁帶寬度是3.5左右，而氧化鎵的禁帶寬度接近5，那么它們的禁帶寬度差別大就意味著氧化鎵器件的耐壓特性會比碳化硅、氮化鎵更強(qiáng)，所以說氧化鎵可以在碳化硅、氮化鎵不能勝任的領(lǐng)域發(fā)揮自己的優(yōu)勢，即它可以在更高電壓、更大功率的環(huán)境中應(yīng)用。說取代這一般是不可能的，因?yàn)樵跉v史上我們很少看到比如一個新的半導(dǎo)體出來之后取代前面的半導(dǎo)體。另外，就氧化鎵來講，實(shí)際上它的產(chǎn)業(yè)化才剛剛開始，日本才剛剛有器件的產(chǎn)業(yè)化，后面還有很大的發(fā)展空間。
中國粉體網(wǎng)：請問夏老師，目前我國氧化鎵半導(dǎo)體的研究及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展如何？面臨的困難有哪些？
夏長泰研究員：現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化才剛剛開始，主要是在晶體方面，做器件的還比較少。單晶產(chǎn)業(yè)化方面其實(shí)我們國家挺活躍的，相關(guān)公司的數(shù)量可能比國外的總和都多，這是一件好事，希望我們能盡快解決單晶的國產(chǎn)化。一旦擁有自己的單晶襯底，氧化鎵半導(dǎo)體器件的研究及其產(chǎn)業(yè)化會大大加速。
中國粉體網(wǎng)：據(jù)您了解，目前世界各國對氧化鎵都有怎樣的布局？進(jìn)展如何？
夏長泰研究員：2022年，美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家三十幾位頂級科研人員寫了一篇相關(guān)綜述，涉及發(fā)展路線圖，我們可以看出他們對未來氧化鎵半導(dǎo)體發(fā)展的預(yù)測。實(shí)際上國外在研究方面的相互聯(lián)系可能比我們國內(nèi)更多一些，我們國內(nèi)好像很少有頂級的科學(xué)家寫這么一個氧化鎵的發(fā)展路線圖，多數(shù)情況下我們在做的是參考國外。
中國粉體網(wǎng)：目前進(jìn)展最快的應(yīng)該就是日本，他們的研究進(jìn)展如何，比我們高在什么地方？
夏長泰研究員：氧化鎵首先是日本人提出來的，其實(shí)當(dāng)年最早提出來不是說它本身作為半導(dǎo)體。2004年氧化鎵被提出來，說氧化鎵單晶可以作為氮化鎵的襯底，當(dāng)時氮化鎵LED非常熱，氧化鎵作為襯底可以做成導(dǎo)電襯底。氮化鎵的襯底主要是藍(lán)寶石，而藍(lán)寶石不導(dǎo)電，那么藍(lán)寶石做襯底時，作電極只能做在同一側(cè)，同時一部分長好的氮化鎵還需要被切除掉。如果用氧化鎵做襯底，導(dǎo)電的襯底會令器件結(jié)構(gòu)變得簡單，這對LED的功率提升等都是有好處的。后來，到了2012年左右才發(fā)現(xiàn)氧化鎵本身是一種很好的半導(dǎo)體材料，此后，氧化鎵成為了世界研究熱點(diǎn)。日本在氧化鎵方面始終走在最前面，現(xiàn)在已經(jīng)有器件產(chǎn)業(yè)化，國際上，90%以上的氧化鎵單晶襯底出自日本。他們的優(yōu)勢首先是氧化鎵是他們最先提出的，其次，從一開始，即自2004年就有公司參與，也就是說，他們很早就針對產(chǎn)業(yè)化而開展研究。另外，日本在材料研究方面整體實(shí)力也很強(qiáng)。
中國粉體網(wǎng)：好的，感謝夏老師接受我們的采訪。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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