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破局“芯”材料:长三角协同突破8英寸氧化镓单晶制备纪实

2025-12-29
在当前半导体产业日益加剧的背景下,中国再次取得了重要进展。中国科学院上海光学精密机械研究所与杭州富加镓业科技有限公司联手,成功使用垂直布里奇曼法(VB法)制备出8英寸氧化镓单晶,成为全球首次在该技术路径下实现这一尺寸突破。这一成就不仅刷新了全球氧化镓晶体生长的技术记录,也标志着我国在第四代半导体核心材料领域掌握了一项具有自主知识产权的关键技术,为未来高压功率器件的国产化奠定了基础。
氧化镓作为第四代半导体材料的杰出代表,以其4.9电子伏特的超宽禁带和高达8兆伏/厘米的击穿场强,被广泛认为是制造超高压、低损耗电力电子器件的理想选择。在新能源汽车、智能电网和轨道交通等高能耗领域,氧化镓器件能够显著提升能效、降低系统损耗,成为实现“双碳”目标的重要技术支撑。然而,长期以来,高质量、大尺寸单晶衬底的制备技术一直受到限制,这成为阻碍其产业化的主要瓶颈。
此次长三角科研团队的突破,正是从源头破解这一难题。研究团队摒弃传统依赖昂贵铱金坩埚的工艺路径,创新采用VB法,通过自主研发生长装备、优化热场分布模型、提出确定性热场设计方法,系统解决了晶体生长过程中的温度梯度控制、缺陷抑制与尺寸扩展等核心技术难题。8英寸晶体的成功制备,意味着单位晶圆可切割芯片数量大幅提升,材料利用率更高,生产成本显著降低,为规模化量产奠定了坚实基础。
更令人振奋的是,该技术路线具备良好的产业化适配性。VB法生长过程稳定、可控性强,柱状晶体形态更利于后续加工,且无需贵金属容器,大幅降低原材料投入。从2024年7月实现3英寸晶体制备,到2025年9月突破6英寸,再到如今8英寸的国际首次,技术迭代速度之快,充分展现了我国在新材料研发领域的组织力与执行力。
目前,研究团队已启动产业化验证,与下游器件厂商开展“材料-器件”协同开发,重点优化导电性、热稳定性等关键参数,加速推动氧化镓从实验室走向产线。这一成果不仅是材料科学的胜利,更是区域协同创新的典范——长三角地区凭借其完善的科研生态与产业链配套,正在成为我国高端半导体技术突破的战略高地。

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