中國粉體網訊  半導體產業是關乎國家經濟，政治和國防安全的戰略產業。在半導體產業中，先進陶瓷的研發與生產水平直接影響我國半導體產業的發展。因此，無論從經濟安全角度還是產業成本考慮，要突破我國半導體產業面臨“卡脖子”的窘境，必須重視先進陶瓷的發展。2023年6月14日，由中國粉體網主辦的“第二屆半導體行業用陶瓷材料技術研討會”在江蘇蘇州隆重開幕，會議期間，我們邀請到眾多專家學者做客“對話”欄目，圍繞先進陶瓷在半導體行業的應用研究進行訪談交流。本期，我們邀請到的是上海光機所的夏長泰研究員。

中國粉體網：去年的8月份，美國商務部工業和安全局曾發布一項臨時最終規定，對包括氧化鎵在內的4項“新興和基礎技術”實施出口管制。請問夏老師，氧化鎵為何會被如此重視？它的應用價值有多大？

夏長泰研究員：關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，我們國內稱之為第四代半導體。另外，因為氧化鎵與金剛石實際上作為器件來講才剛剛起步，所以現在主要是對單晶襯底進行出口管制。氧化鎵尤其特殊，因為氧化鎵作為半導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寶石的方法進行制備，而其它的寬禁帶半導體不具備這個條件，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，那么有了同質襯底，這在做氧化鎵器件的時候是一個非常大的優勢。

中國粉體網：請問夏老師，氧化鎵半導體產業鏈涉及哪些關鍵環節？

夏長泰研究員：氧化鎵的產業鏈與其它半導體，例如硅、碳化硅、氮化鎵等半導體基本上是一致的。最開始是襯底，接下來是外延，下面是器件，器件模塊及應用。實際上在生長單晶前面還有氧化鎵粉體的制備，這是產業鏈最前面的環節，我們也應該加大力度研究。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：夏老師，有人認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，所以說氧化鎵可以在碳化硅、氮化鎵不能勝任的領域發揮自己的優勢，即它可以在更高電壓、更大功率的環境中應用。說取代這一般是不可能的，因為在歷史上我們很少看到比如一個新的半導體出來之后取代前面的半導體。另外，就氧化鎵來講，實際上它的產業化才剛剛開始，日本才剛剛有器件的產業化，后面還有很大的發展空間。

中國粉體網：請問夏老師，目前我國氧化鎵半導體的研究及產業化進展如何？面臨的困難有哪些？

夏長泰研究員：現在產業化才剛剛開始，主要是在晶體方面，做器件的還比較少。單晶產業化方面其實我們國家挺活躍的，相關公司的數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化。一旦擁有自己的單晶襯底，氧化鎵半導體器件的研究及其產業化會大大加速。

中國粉體網：據您了解，目前世界各國對氧化鎵都有怎樣的布局？進展如何？

夏長泰研究員：2022年，美國、歐洲和日本等發達國家三十幾位頂級科研人員寫了一篇相關綜述，涉及發展路線圖，我們可以看出他們對未來氧化鎵半導體發展的預測。實際上國外在研究方面的相互聯系可能比我們國內更多一些，我們國內好像很少有頂級的科學家寫這么一個氧化鎵的發展路線圖，多數情況下我們在做的是參考國外。

中國粉體網：目前進展最快的應該就是日本，他們的研究進展如何，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，其實當年最早提出來不是說它本身作為半導體。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，當時氮化鎵LED非常熱，氧化鎵作為襯底可以做成導電襯底。氮化鎵的襯底主要是藍寶石，而藍寶石不導電，那么藍寶石做襯底時，作電極只能做在同一側，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，導電的襯底會令器件結構變得簡單，這對LED的功率提升等都是有好處的。后來，到了2012年左右才發現氧化鎵本身是一種很好的半導體材料，此后，氧化鎵成為了世界研究熱點。日本在氧化鎵方面始終走在最前面，現在已經有器件產業化，國際上，90%以上的氧化鎵單晶襯底出自日本。他們的優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，他們很早就針對產業化而開展研究。另外，日本在材料研究方面整體實力也很強。

中國粉體網：好的，感謝夏老師接受我們的采訪。

（中國粉體網編輯整理/山川）

注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除