全球首款！日本Novel成功开发出安培级1200V氧化镓SBD器件

作为日本NEDO“战略节能技术创新计划”中的重要成员，Novel Crystal Technology公司致力于氧化镓（β-Ga2O3）功率器件商业化开发，该公司近日宣布已成功开发出沟槽型安培级1200 V耐压“氧化镓肖特基势垒二极管 (SBD)”。

这极大推动高耐压氧化镓SBD的商业化进程，从而进一步有效提高了超宽禁带电力电子器件的性价比，具有跨时代的意义。

该器件可广泛应用于光伏储能、工业和电源等电力电子场景，促进系统高效化和小型化，从而为汽车以及空中飞行器的电气化推进做出贡献。

图1：在2英寸晶圆上制造的安培级1200 V氧化镓SBD外观照片

Novel本次研究成果

对于大电流氧化镓SBD的研究，平面型结构因其较易开发而被广泛采用，但由于漏电流大等原因，此结构很难制造出耐压1200 V以上的氧化镓SBD。Novel公司于2017年成功开发并展示了将反向漏电流降低到1/1000的沟槽型氧化镓SBD的技术及原型（图2）。

图2：沟槽型氧化镓SBD的横截面结构，光学显微照片

目前，Novel已实现2英寸氧化镓SBD的批量生产，本次其基于2英寸工艺首次展示的沟槽型氧化镓SBD，正向电流IF = 2 A（VF = 2 V）（图3a），耐压1200 V时漏电流<10 -9 A（图3b）。该工作使得目前基于Novel的4英寸工艺线系列产品开发、大规模生产以及1200 V氧化镓SBD产品级的电器性能和可靠性评估成为可能，从而加快推动高压大电流低损耗的氧化镓功率器件商业化进程。

(a) Forward I-V characteristic

(b)Reverse I-V characteristic

图3：沟槽型氧化镓SBD的电流-电压特性

通过NEDO的项目，Novel将加快推动此次试制成功的安培级1200 V氧化镓SBD器件的制造工艺和可靠性评估的建立，力争于2023年实现相关产品商业化。与此同时，其也将基于2021年6月推出的高品质4英寸氧化镓外延片技术，建设相应量产线。

得益于该技术的突破，中高压高速二极管的市场规模，预计将从2022年的1200亿日元扩大至2030年的1500亿日元（富士经济《2021下一代功率器件和电力电子相关设备市场的现状和未来展望》)。Novel将携氧化镓SBD相关技术进入这一主要市场，为节能社会贡献力量。

氧化镓——极具潜力的下一代新材料

氧化镓（β-Ga2O3）作为继GaN和SiC之后的下一代超宽禁带（UWBG）半导体材料，也被称为第四代半导体。其可以使用传统单晶成长方式（与蓝宝石相似），获得低缺陷密度的大尺寸氧化镓衬底，这是在第三代半导体中所无法实现的，因此对于未来不论就成本以及元件特性，均大有裨益。

随着电动车、轨道交通以及高压电网输电系统的快速发展，全世界迫切需要更高转换效率的高压大功率电子电力器件。氧化镓功率器件在与GaN/SiC材料相同耐压情况下，导通电阻更低、功耗更小、更耐高温，能够极大地节约上述高压器件工作时的电能损失，因此其被视为一种更高效更节能的选择。

Source：Flosfia

目前市面上有两家公司能提供4英寸氧化镓的晶圆，分别是FLOSFIA以及Novel Crystal，均是日本新创公司，技术来源来自于京都大学以及东京农工大学。

FLOSFIA成立于2011年，主要投资者包括了DENSO、三菱重工以及安川电机；Novel Crystal创立于2015年，主要投资者是田村制作所(Tamura)。

另外，此两家公司也同时具备HVPE外延生长技术，利用氯化氢(HCl)气体与加热成液态的镓金属，反应形成的氯化镓气体，之后再与氧气反应形成氧化镓沉积在衬底上。

中国开展氧化镓研究十余年，从事相关材料和器件研究的单位和企业主要是中电科46所、西安电子科技大学、上海光机所、上海微系统所、复旦大学、南京大学等高校及科研院所，科技成果转化的公司有北京镓族科技、杭州富加镓业。

越宽禁带的半导体能够提供越高的操作电压，但也会衍生出不少在器件制作上的挑战，尤其在导通电阻及可靠性的问题上，因此距离氧化镓商业化应用还有很长的一段路要走。（文：化合物半导体市场 Matt）