8英寸氧化镓单晶，浙江大学取得重大突破

浙江大学杭州国际科创中心3月12日正式发布8英寸氧化镓单晶，刷新了氧化镓单晶尺寸的全球纪录，这一突破也标志着中国在氧化镓材料上率先进入8英寸时代。

这块氧化镓单晶呈蓝色透明状，能耐受更高的温度和电压，实现大规模应用后，将为半导体器件和太阳能电池制造等领域带来变革。

研制新“地基”，托举中国“芯”

什么是氧化镓单晶？研发团队成员、浙江大学杭州国际科创中心研究员金竹打了个比方，材料就相当于芯片制造的“地基”，只有材料本身的性能有突破，才能在此基础上进行半导体集成电路的设计和芯片生产等。

从第一代的半导体材料硅和锗，到第二代的砷化镓等化合物半导体材料，再到第三代的碳化硅和氮化镓等，国际上一直在寻找新的半导体材料。氧化镓因其“更耐高温、更耐高压，更强性能”等特点，成为眼下第四代半导体材料的佼佼者，被誉为下一代电力电子器件的“理想材料”。有了它，国内芯片制造企业就能降低生产成本，提高芯片的自给率，同时促进国内芯片产业的升级和创新。中国芯将更有底气！

2寸之差，抢占先机

氧化镓单晶性能优越，可是到目前为止还没有真正实现产业化，问题就在于大尺寸氧化镓单晶的生长技术一直是全球半导体行业的难题。金竹介绍说，氧化镓高熔点的特性也是它的软肋，面积越大，制备过程中开裂风险也呈指数级增加。所以，让氧化镓一点点“长大”是难上加难。此前，国际上该材料的制备能力只能达到6英寸。尺寸越小，就意味着成本更高，产业化的难度也越大。

从2018年起，由中国科学院院士杨德仁和浙江大学教授张辉领衔的氧化镓单晶研发团队创新使用AI工具迭代计算模型，重构了铸造方式，突破国外技术封锁。2022年开始，他们每年升级一个尺寸，先后成功制备了2英寸、4英寸、6英寸的氧化镓单晶，创造了行业纪录。

而此次8英寸氧化镓单晶问世，2寸之差极大降低了成本，具有更优秀的晶圆面积利用率，可以和目前硅基晶圆厂的8英寸生产线完全兼容，为氧化镓单晶走出实验室、大规模产业化奠定坚实基础。据介绍，8英寸氧化镓单晶能切割出的小芯片数量，约为4英寸的四倍。

明年实现量产，点燃万亿赛道

“我们为氧化镓单晶创造了一个更好的成长环境，现在它‘长大’了，接下来我们要让它长得更快。”中国科学院院士杨德仁正琢磨着从实验室到产线的快速落地。他说，目前研发团队成立了创业公司，杭州镓仁半导体已经在萧山机器人小镇落地，预计在2026年建成全球首条8英寸氧化镓万片级生产线，并依托这条生产线，进一步推动氧化镓产业发展，突破卡脖子难题。

业内人士指出，作为半导体产业的新成员，氧化镓单晶有望“点燃”万亿级产业新赛道。

氧化镓在半导体光电工业中具有广泛的应用。它可以用于制造高效稳定的激光和LED器件，广泛应用于光通信、光储存、图像显示等领域。此外，氧化镓还可用于制作光电转化器器件，将光信号转换为电信号，用于优化光学成像、传感及测量等领域。

随着全球能源结构的转型升级，新能源领域对材料性能的要求日益提高。氧化镓在新能源领域的应用也逐渐受到关注。它可以用于制造太阳能电池用掺杂材料，提高太阳能电池的光电转换效率。此外，氧化镓还可用于制作柔性电子器件，如可穿戴设备、智能贴纸、电子卷轴等，为新能源领域的发展提供有力支持。

氧化镓作为一种宽禁带半导体材料，在半导体材料领域具有重要地位。它可以用于制作透明导电薄膜，广泛应用于平板电视、电子防盗设备和玻璃幕墙等领域。此外，经过改性的氧化镓纳米材料还可用于制作磁存储器件，提高存储器的读取速度和降低噪声。

随着5G、新能源汽车等新兴产业的快速发展，对高性能材料的需求日益增加。氧化镓作为一种具有优异性能的材料，将在未来发挥更加重要的作用。未来，氧化镓的研究将更加注重其性能的优化和制备技术的创新，以满足不同领域对高性能材料的需求。同时，随着环保意识的不断提高，氧化镓在环保领域的应用也将得到进一步拓展。总之，氧化镓作为一种具有广阔应用前景的材料，将在未来继续引领材料科学领域的发展。