浙大杭州科創(chuàng)中心首次采用新技術(shù)路線成功制備2英寸氧化鎵晶圓

近日，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心（簡稱科創(chuàng)中心）給出了新方案。在首席科學(xué)家楊德仁院士的帶領(lǐng)下，科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院發(fā)明了全新的熔體法技術(shù)路線來研制氧化鎵體塊單晶以及晶圓，目前已經(jīng)成功制備直徑2英寸（50.8 mm）的氧化鎵晶圓，使用這種具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)生長的2英寸氧化鎵晶圓在國際尚屬首次實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，科技創(chuàng)新是關(guān)鍵引擎。使用氧化鎵制作的半導(dǎo)體器件可以實(shí)現(xiàn)更耐高壓、更小體積、更低損耗，在新能源汽車、軌道交通、可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域降低能源消耗方面前景無限。

氧化鎵產(chǎn)品的研制已經(jīng)成為國際科技戰(zhàn)略必爭高地，目前主流技術(shù)路線生長的氧化鎵晶體，成本比較高，一定程度上影響了氧化鎵材料在國內(nèi)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

全新技術(shù)路線! 成功制備2英寸氧化鎵晶圓

面對傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展瓶頸，近日，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心（簡稱科創(chuàng)中心）給出了新方案。在首席科學(xué)家楊德仁院士的帶領(lǐng)下，科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院發(fā)明了全新的熔體法技術(shù)路線來研制氧化鎵體塊單晶以及晶圓，目前已經(jīng)成功制備直徑2英寸（50.8 mm）的氧化鎵晶圓，使用這種具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)生長的2英寸氧化鎵晶圓在國際尚屬首次。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)的張輝教授說，使用新技術(shù)路線生長的氧化鎵晶圓有兩個(gè)顯著優(yōu)勢，一是使用這種方法生長出的氧化鎵晶圓的晶面具有特異性，使得制作的功率器件具有較好的性能；二是由于采用了熔體法新路線，減少了貴金屬銥的使用，使得氧化鎵生長過程不僅更簡單可控，成本也更低，具有更大的產(chǎn)業(yè)化前景。

“每克銥的價(jià)格就高達(dá)上千元，可以說是比黃金更珍貴的貴金屬。但主流方法生長氧化鎵晶體使用的盛放熔體的坩堝，是由貴金屬銥制成的，因此過去一直難以降低晶體成本?！睆埨蠋熣f，“我們采用的新辦法減少了銥的使用，成本更低，對后面產(chǎn)業(yè)化來說，具有現(xiàn)實(shí)意義?！?/p>

經(jīng)檢測，科創(chuàng)中心采用新技術(shù)路線研制出的這批氧化鎵晶圓的導(dǎo)電類型為半絕緣型，直徑尺寸達(dá)到50.8±0.5 mm，表面粗糙度小于0.5 nm，光學(xué)透過率良好，高分辨X射線搖擺曲線測試半高寬小于100 弧秒，衍射峰均勻?qū)ΨQ，單晶質(zhì)量較好，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已達(dá)領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)水平。

不負(fù)韶華！他們夜以繼日奮斗在科研前線

著名物理學(xué)家、X光的發(fā)現(xiàn)者倫琴曾說過：“我喜歡離開人們通行的小路，而走荊棘叢生的崎嶇山路?！?/p>

創(chuàng)新之路從來都不是一帆風(fēng)順的，但它帶來的驚喜與收獲卻是無與倫比的。研發(fā)團(tuán)隊(duì)的張輝教授說，這次之所以會(huì)另辟蹊徑使用新技術(shù)路線，其實(shí)也是源自一次意外的發(fā)現(xiàn)。

團(tuán)隊(duì)成員對意外發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了深入研究，從而探索出了一套全新技術(shù)方案。從最初開始研究新方案，到采購調(diào)整設(shè)備，再到最終產(chǎn)出成果，團(tuán)隊(duì)只用了半年的時(shí)間！高效的背后，是團(tuán)隊(duì)成員全力以赴的付出。

張老師說，為了滿足實(shí)驗(yàn)要求，他們要對購置回來的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行二次設(shè)計(jì)與調(diào)試，為了達(dá)到最佳效果，他們聯(lián)系了全國各地的專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整改造。時(shí)間緊任務(wù)重，就算是馬上要過年，團(tuán)隊(duì)成員還是選擇奔波在路上。

“團(tuán)隊(duì)的年輕人都很辛苦！”張老師說，“氧化鎵單晶的生長要在1800攝氏度的高溫熔爐里，一塊單晶生長光熔化原料就要花費(fèi)一天時(shí)間，從準(zhǔn)備原料到最后單晶產(chǎn)品生成，需要整整三天時(shí)間，整個(gè)過程都離不開人，團(tuán)隊(duì)里年輕人就輪班守著，通宵達(dá)旦是家常便飯?！?/p>

有時(shí)候，上完大夜班，老師們轉(zhuǎn)頭又會(huì)加入早上組會(huì)討論，等到各種任務(wù)都忙完了，才會(huì)回去休息一會(huì)。對他們來說，做自己喜歡的事情，再苦也是幸福的。

科研人員表示，西方發(fā)達(dá)國家都是依托化石能源的使用，抓住了第二次工業(yè)革命的機(jī)遇得以快速發(fā)展。他們現(xiàn)在夜以繼日研究新材料，也是希望助力中國，抓住“雙碳”經(jīng)濟(jì)的發(fā)展窗口，在新能源的轉(zhuǎn)化上做出科創(chuàng)貢獻(xiàn)！下一步，他們計(jì)劃在2年內(nèi)制造出直徑4英寸級(jí)別的大尺寸氧化鎵晶圓，進(jìn)一步助力國內(nèi)氧化鎵材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院緊緊圍繞國家重大戰(zhàn)略需求和浙江省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，以數(shù)字化改革為引領(lǐng)，以寬禁帶半導(dǎo)體材料、功率芯片和射頻芯片的研發(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，擁有國際一流的大型儀器設(shè)備和超凈實(shí)驗(yàn)室等研發(fā)設(shè)施，目前已獲批浙江省寬禁帶功率半導(dǎo)體材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國內(nèi)唯一的全鏈條開放式寬禁帶半導(dǎo)體材料、器件及應(yīng)用創(chuàng)新高能級(jí)科研平臺(tái)，研究院由楊德仁院士擔(dān)任首席科學(xué)家，學(xué)術(shù)委員會(huì)主任由鄭有炓院士擔(dān)任，院長由盛況教授擔(dān)任，整合浙江大學(xué)電氣學(xué)院、材料學(xué)院、信電學(xué)院以及上下游相關(guān)企業(yè)力量，著力打造第三代半導(dǎo)體研發(fā)、制造、應(yīng)用和測試評價(jià)全產(chǎn)業(yè)鏈的新格局，驅(qū)動(dòng)浙江省、長三角地區(qū)的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與轉(zhuǎn)型，以硬核科技成果支撐浙江省乃至全國相關(guān)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)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。

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