新能源与光伏中的功率半导体，氧化镓制备难题有突破

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想象这样一个场景：你驾驶新能源汽车在高速服务区充电，仅仅十分钟，电量就从20%飙升至80%。车载空调全开，电机全力输出，而电池管理系统稳如泰山。这一切的背后，是功率半导体在默默承载着数百千瓦时的能量吞吐。

再想象另一个场景：戈壁滩上的光伏电站，成千上万块光伏板将阳光转化为电能，源源不断并入电网。每一次能量转换，都需要功率器件在高温、风沙侵蚀的恶劣环境中，以99%以上的效率稳定运行十年以上。

这些场景，正在定义下一代功率半导体的技术边界。而“氧化镓”则是站在这个边界的前沿材料之一。

长期以来，大尺寸外延片的制备难题，一直是制约氧化镓产业化的核心瓶颈。此前全球主流技术停留在2-4英寸水平，严重限制了规模化应用。

（8英寸氧化镓同质外延片）

近日，浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）先进半导体研究院研究团队宣布，依托科创中心自主孵育的科学公司杭州镓仁半导体有限公司，团队成功实现高质量8英寸氧化镓同质外延生长，在全球范围内尚属首次。

经检测：平均厚度达13.05微米，厚度均匀性方差仅0.58%；载流子浓度平均1.79×10¹⁶ cm⁻³，分布高度均匀。

氧化镓之所以备受瞩目，源于其与生俱来的物理特性：

它的禁带宽度约4.8 eV，远超硅（1.1 eV）、碳化硅（3.3 eV），这意味着器件可以在更高温度下稳定运行——发动机舱内150℃的高温环境，硅早已“中暑”，而氧化镓依然游刃有余。

（外延膜厚测试点位分布结果）

它的击穿电场强度约8 MV/cm，是硅的26倍、碳化硅的3倍以上。打个比方：如果把电流比作水流，氧化镓就像能承受超高水压的特种钢管，而硅只是普通塑料软管。

它的巴利加优值约为碳化硅的10倍、氮化镓的4倍。翻译成工程语言就是：用氧化镓做的功率器件，导通电阻更小、能量转换效率更高——电动汽车跑得更远，光伏电站发得更多。

（外延载流子浓度分布云图）

镓仁半导体的8英寸突破，氧化镓产业将迎来三大变化。

首先是“做大”——从2-4英寸跳到8英寸，单片晶圆能造的芯片数量翻了几倍，成本自然就被摊薄了。氧化镓器件终于有机会从实验室里的“奢侈品”，变成工业界用得起的“日用品”。

其次是“做精”——这次做的是同质外延，打个比方：就像在花岗岩地基上盖石屋，严丝合缝；而不是像过去那样在水泥地上盖木屋，总有缝隙。材料缺陷少了，氧化镓高耐压、低损耗的性能才能真正发挥出来。

最关键的是“接轨”——8英寸正好是现在全球主流芯片生产线的标配尺寸。这意味着不需要为了氧化镓重新建一条生产线，直接用现成的设备就能量产。这一跳，直接跨过了从技术到产业最花钱、最费时的门槛。

如今，氧化镓正从实验室的“材料奇迹”，变成产线上可批量复制的“工业基础”。从此，高压、高温、高效率不再是纸面上的物理参数，而是即将装进电动汽车、光伏电站、5G基站的真实器件。

也许用不了多久，你每一次更安心的续航、每一度更廉价的绿电，背后都有一片8英寸氧化镓在默默支撑。那些看不见的半导体，正在重新定义看得见的生活。