超宽禁带氧化物半导体材料概述 - 功率半导体材料正从硅（Si）向碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）进化，并进一步向超宽禁带（UWBG）氧化物材料如二氧化锗（GeO2）和氧化镓（Ga₂O₃）发展 [1] - 驱动因素包括电动汽车普及、AI数据中心能耗增长、节能减碳需求及车载功率模块小型化趋势 [1] - 超宽禁带氧化物材料被期待实现更高耐压、更高功率及更高效率的下一代功率半导体器件 [1] 二氧化锗（GeO2）的技术突破与潜力 - 日本Patentix株式会社全球首次利用FZ法成功生长出5毫米尺寸的金红石型二氧化锗（r-GeO2）块体晶体，带隙高达4.68 eV，远超SiC（3.3 eV）和GaN（3.4 eV）[1][4] - r-GeO2理论上可同时实现p型与n型掺杂，有望应用于下一代高性能常关型MOSFET [4] - 二氧化锗的优势包括超宽带隙潜力、适用于P型和N型掺杂、以及拥有廉价的块状晶体和外延层 [2] - Patentix公司自2022年12月成立以来累计融资额达10.59亿日元，目标是制备半英寸级r-GeO2块体衬底并开发超高性能功率器件 [4][10] - 除金红石型外，三角晶系α-石英型GeO2带隙达6.2 eV，有望应用于下一代肖特基势垒二极管及未来7G通信 [10] 氧化镓（Ga₂O₃）的材料特性与日本进展 - β-Ga₂O₃是热力学最稳定的晶相，带隙约4.8 eV，击穿电场达8 MV/cm，Baliga优值（BFOM）约为SiC的10倍、GaN的4倍 [11][12] - 主要短板是导热性低，约为SiC的十分之一 [12] - β-Ga₂O₃可采用直拉法（Czochralski）等熔体法实现大规模制备，能自支撑生长，无晶格失配问题 [11] - 日本在氧化镓研究上积累深厚，2012年东京NICT的Masataka Higashiwaki教授发表了全球首个击穿电压超过250V的单晶β-Ga₂O₃晶体管 [14] - 日本公司Novel Crystal Technology（NCT）在2025年4月开发出垂直结构β-Ga₂O₃ MOSFET，其功率品质因数（PFOM）达到1.23 GW/cm²，创全球纪录，比此前最高值提升3.2倍 [15] - 2025年8月，NCT与美国Kyma Technologies合作开发150毫米（6英寸）大面积氧化镓外延晶圆制备工艺 [17] 中国在氧化镓（Ga₂O₃）领域的产业化进展 - 杭州镓仁半导体在2025年3月推出全球首块8英寸β-Ga₂O₃单晶，采用自主研发的铸锭法（Casting Method），实现了从2英寸到8英寸的跨越式发展 [18] - 8英寸β-Ga₂O₃衬底与现有8英寸硅产线完全兼容，有助于提升材料利用率、降低成本 [18] - 镓仁半导体在2025年2月成功制备出6英寸斜切型β-Ga₂O₃衬底，并已实现量产交付 [20] - 公司于2024年9月推出自主研发的垂直Bridgman（VB）生长系统，可实现β-Ga₂O₃晶体的全自动生长 [21] - 初创企业镓创未来（2025年7月成立）专注于氧化镓外延片，通过异质外延技术路线可将材料成本降低10倍以上，并自主研发HVPE设备 [22] - 国内另有铭镓半导体、深圳进化半导体、北京镓族科技等多家企业涉足氧化镓材料、外延与装备环节，已完成技术自立，正迈向产业化扩展 [23]