近日，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心成功獲得首批氧化鎵單晶襯底，這是繼去年獲得體塊氧化鎵單晶之后取得的又一個重要進(jìn)展，標(biāo)志著科創(chuàng)中心在材料加工領(lǐng)域具備高水平研究的能力。

浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心研制的氧化鎵單晶襯底

這批氧化鎵單晶襯底由科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院半導(dǎo)體材料研究室研制，導(dǎo)電類型為半絕緣型，尺寸達(dá)到25.4 mm，厚度約800 μm，表面粗糙度小于0.5 nm，高分辨X射線搖擺曲線測試測得半高峰寬為47.5 arcsec，衍射峰均勻?qū)ΨQ，單晶質(zhì)量較好。以上關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)水平。

氧化鎵單晶襯底的高分辨X射線搖擺曲線測試結(jié)果

半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體器件的基石。半導(dǎo)體器件的應(yīng)用幾乎遍布所有的電子制造業(yè)，從傳統(tǒng)的通信、消費電子、工業(yè)控制到新興的新能源、高速鐵路、航空航天等領(lǐng)域。硅材料是當(dāng)前半導(dǎo)體器件最為常用的材料，但是其性能已經(jīng)逐漸達(dá)到理論極限，寬禁帶半導(dǎo)體（碳化硅，氮化鎵以及氧化鎵）具備制作更高性能器件的潛力。

 

“十四五”規(guī)劃綱要在提及集成電路產(chǎn)業(yè)時，更是明確指出要加強“碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展”。

寬禁帶半導(dǎo)體具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優(yōu)越性能，是支撐新一代移動通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的重點核心材料和電子元器件。

 

作為一種超寬禁帶半導(dǎo)體材料，氧化鎵（β-Ga2O3）禁帶寬度達(dá)到4.9 eV，大于碳化硅（3.3 eV）和氮化鎵（3.4 eV），擊穿場強達(dá)到8 MV/cm，使用氧化鎵制作的半導(dǎo)體器件可以更薄、更輕、更耐高壓。目前，基于氧化鎵的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)最高擊穿電壓可達(dá)到8000V。

 

隨著近年來晶體生長技術(shù)的突破性進(jìn)展，氧化鎵逐漸成為國際上半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究熱點。由于氧化鎵單晶的易解理特性，其晶體加工難度大，目前常規(guī)的硅單晶加工方法不完全適用于氧化鎵。因此，氧化鎵單晶襯底的加工需要進(jìn)一步優(yōu)化切磨拋工藝。高性能半導(dǎo)體器件的制作離不開高質(zhì)量的襯底材料，科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院的氧化鎵單晶襯底將為氧化鎵相關(guān)器件的研究提供有力的支持。

 

浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院（寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件平臺）專注于寬禁帶半導(dǎo)體材料、器件和應(yīng)用相關(guān)的研究。中國科學(xué)院楊德仁院士擔(dān)任平臺首席科學(xué)家，浙江大學(xué)盛況教授擔(dān)任研究院院長。

 

研究院以寬禁帶半導(dǎo)體材料、功率芯片的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化為核心，以封裝測試和應(yīng)用技術(shù)作為服務(wù)支撐，重點突破寬禁帶半導(dǎo)體材料生長、寬禁帶半導(dǎo)體功率芯片的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計、先進(jìn)工藝技術(shù)開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，解決一批半導(dǎo)體領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)難題，推動半導(dǎo)體材料、芯片、集成封測產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的快速發(fā)展，提高我國在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的國際競爭力和影響力。