当地时间8月12日,美国商务部工业和安全局(BIS)发布公告,称出于国家安全考虑,将四项“新兴和基础技术”纳入新的出口管制。这四项技术分别是:能承受高温高电压的第四代半导体材料氧化镓和金刚石;专门用于3nm及以下芯片设计的ECAD软件;可用于火箭和高超音速系统的压力增益燃烧技术。
尽管BIS并没有直接提到中国,但汇业律师事务所高级合伙人杨杰向观察者网指出,中国现在属于被美国列为国家安全管控的国家之一,只要技术和物项被美国政府列入出口管制目录,大概率就会对中国的出口设置限制,比如美国企业对华出口需要许可证等,这实际上会造成中美在半导体领域里进一步脱钩。
下面介绍下第四代半导体材料:氧化镓 ,金刚石,氮化铝。
第四代半导体材料:以氧化镓(Ga2O3)为代表
第四代半导体材料主要是以氧化镓(GaO)、金刚石(C)、氮化铝(AlN)为代表的超宽禁带(UWBG)半导体材料,禁带宽度超过4eV,以及以锑化物(GaSb、InSb)为代表的超窄禁带(UNBG)半导体材料。在应用方面,超宽禁带材料会与第三代材料有交叠,主要在功率器件领域有更突出的特性优势;而超窄禁带材料,由于易激发、迁移率高,主要用于探测器、激光器等器件的应用。
然而,需要注意的是,这四代半导体之间并不是迭代关系,它们的应用场景有交叉,但不完全重合。
随着量子信息、人工智能等高新技术的发展,半导体新体系及其微电子等多功能器件技术也在更新迭代。虽然前三代半导体技术持续发展,但也已经逐渐呈现出无法满足新需求的问题,特别是难以同时满足高性能、低成本的要求。
相比其他半导体材料,第四代半导体材料拥有体积更小、能耗更低、功能更强等优势,可以在苛刻的环境条件下能够更好地运用在光电器件、电力电子器件中。
目前具有发展潜力成为第四代半导体技术的主要材料体系主要包括:窄带隙的锑化镓、铟化砷化合物半导体;超宽带隙的氧化物材料;其他各类低维材料如碳基纳米材料、二维原子晶体材料等。
氧化镓材料的特性
作为新型的宽禁带半导体材料,氧化镓(Ga2O3)由于自身的优异性能,凭借其比第三代半导体材料SiC和GaN更宽的禁带,在紫外探测、高频功率器件等领域吸引了越来越多的关注和研究。
氧化镓是金属镓的氧化物,同时也是一种半导体化合物。其结晶形态截至目前已确认有α、β、γ、δ、ε五种,其中,β相最稳定。β-Ga2O3的禁带宽度为4.8~4.9eV,击穿场强高达8MV/cm。
半导体材料特性
氧化镓在光电子器件方面有广阔的应用前景,被用作于Ga基半导体材料的绝缘层,以及紫外线滤光片。这些是氧化镓的传统应用领域,而其在未来的功率、特别是大功率应用场景才是更值得期待的。
目前第三代半导体的火爆,就是因为新的材料体系可以在高压、大功率情况下采用单极器件,即使用SiC MOSFET、GaN HEMT、Ga2O3 FET,取代硅基的IGBT,除了产品可靠性、电流能力、成本下降空间尚需要一定时间验证外,几乎全面实现了前面所提到功率器件发展的所有诉求。而大规模制造和应用会带来成本和售价的降低,从而继续巩固市场主流技术地位,这也是超/宽禁带半导体应用的前景。
而Ga2O3既能做高耐压,也可实现大电流能力,相较于当前SiC器件过流能力不超过200A的规格限制,可达到数百A甚至上千A,性能优秀且成本更低,在大功率应用(如电力)当中可直面挑战IGBT上千甚至数千A的霸主地位。
不持有相关股票,也不推荐股票。只做一个知识分享!