概念掘金｜第四代半导体材料新进展！未来将站上C位，我国实现弯道超车的机遇

据中科大发布，日前在世界顶级的半导体和电子器件技术论坛IEEE IEDM上，中科大国家示范性微电子学院龙世兵教授课题组两篇关于氧化镓器件的研究论文（高功率氧化镓肖特基二极管和氧化镓光电探测器）成功被大会接收，这也是中科大首次以第一作者单位在IEEE IEDM上发表论文。

该研究通过合理设计优化JTE区域的电荷浓度，确保不影响二极管正向特性的同时最大化削弱肖特基边缘电场，从而有效提高器件的耐压能力。

四代半导体的进化之路

当前，半导体材料可以分为四代，第一、二、三、四代半导体材料各有利弊，在特定的应用场景中存在各自的比较优势，但不可否认的是，中国在第一、二代半导体的发展中，无论是在宏观层面的市场份额、企业占位还是在微观层面的制备工艺、器件制造等方面，中国与世界领先水平之间都存在着明显的差距。

第一代半导体材料以硅（Si）、锗元素（Ge）为代表，引发了集成电路（IC）为核心的微电子领域迅速发展。第一代半导体技术成熟度较高、成本优势明显，现仍广泛应用于电子信息领域及新能源、硅光伏产业中。

第二代和第三代半导体材料中出现化合物的身影，第二代半导体材料以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表，具有高频、抗辐射、耐高温的特性。

第三代半导体材料以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表，具有更宽的禁带宽度(>2.2eV)、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力等优势。

氧化镓 (Ga2O3 )是一种新型超宽禁带半导体材料，是被国际普遍关注并认可已开启产业化的第四代半导体材料。与碳化硅、氮化镓相比，氧化镓基功率器件具备高耐压、低损耗、高效率、小尺寸等特点。此前被用于光电领域的应用，直到2012年开始，业内对它更大的期待是用于功率器件，全球80%的研究单位都在朝着该方向发展。

另一方面，氧化镓材料目前采用的是熔体法生长工艺，高效可控的晶体制备过程决定其成本优势，综合而言，良好的性价比优势将成为氧化镓在未来高功率半导体器件市场的强劲竞争力，但目前国内仍处于概念阶段，主要应用在军工领域。

我国氧化镓的研究则更集中于科研领域，产业化进程刚刚起步，但是进展飞速，今年我国科技部将氧化镓列入“十四五重点研发计划”，让第四代半导体获得更广泛关注。

一个材料产业的发展，需要材料、器件、模组、应用等多个环节形成完整循环。当下，第三代半导体材料已经有一条完整的产业链，并且奔着成本不断降本的方向发展，而氧化镓则仍处于一个研究继续深入，产业化初步开始的阶段。

业内人士认为，以碳化硅和氮化镓为代表的化合物半导体受到的关注度非常高，它们在未来的大功率、高温、高压应用场合将发挥传统的硅器件无法实现的作用。特别是在未来三大新兴应用领域(汽车、5G和物联网)之一的汽车方面，会有非常广阔的发展前景。

据《中国电子报》，我国研究氧化镓的机构和高校较多，也取得了很多研究成果，有望在应用场景和需求量逐渐明确之后，进行科技成果转移。辐射探测传感器芯片、高功率和超大功率芯片是氧化镓两个主要方向，下游应用领域包括电力调节和配电系统中的高压整流器、电动汽车和光伏太阳能系统等。

中国科学院院士郝跃曾指出，氧化镓材料是最有可能在未来大放异彩的材料之一，在未来的10年左右，氧化镓器件有可能成为有竞争力的电力电子器件，会直接与碳化硅器件竞争。但氧化镓目前的研发进度还不够快，仍需不懈努力。

概念股一览

北京科锐、中钢国际、电子城：北京铭镓半导体有限公司是国内率先专业从事第四代（超宽禁带）半导体氧化镓材料开发及应用产业化的高科技公司，公司间接参股。

中新集团：全资苏州中新园创一期股权投资合伙企业(有限合伙)参股苏州纳维科技有限公司，后者全资子公司上海镓旦电子信息有限公司拥有专利：一种散热性好的Ga2O3基金属氧化物半导体场效应晶体管及其制备方法。

上海瀚讯：公司股东中国科学院上海微系统与信息技术研究所超宽禁带半导体氧化镓异质集成技术研究。

深圳华强：通过参股泰科天润半导体科技（北京）有限公司间接参股浏阳泰科天润半导体技术有限公司，浏阳泰科天润拥有基于Ga2O3耐压耐电流SiCPIN二极管的专利

新湖中宝：公司持有杭州富加镓业科技有限公司22%股权，富加镓业依托于中科院上海光机所，专注研究新型半导体材料--氧化镓(Ga2O3)，目前基于β氧化镓的晶体制备及其功率器件开发已取得一定进展。

航天电子：全资子公司北京时代民芯科技有限公司的抗辐照GaN/Ga2O3的Cascode级联增强型功率器件及其制作方法、单片集成GaN/Ga2O3的Cascode增强型抗单粒子烧毁器件及其制备方法、单粒子效应加固的印刷转移GaN/Ga2O3 Cascode功率器件均已进入实质审查阶段

明阳智能、比亚迪：参股公司先导薄膜材料公司全资子公司先导薄膜材料（广东）有限公司拥有一种高纯度Ga2O3靶材的制备方法的专利

隆基绿能：公司是全球最大的单晶硅片供应商，与连城数控合作碳化硅及氧化镓等晶体的生长。