來源：財聯社
近期，以氮化鎵、碳化矽為首的第三代半導體材料在A股市場引領了一波科技股回暖的熱潮，引發市場對功率半導體的矚目。與此同時，在該領域走在全球前列的日本，卻已向號稱第四代半導體的氧化鎵展露了野心。
據日本媒體最新報導，日本經濟產業省（METI）正準備為致力於開發新一代低能耗半導體材料「三氧化鎵」的私營企業和大學提供財政支持，METI將為明年留出大約2030萬美元的資金，預計未來5年的投資額將超過8560萬美元。
近年來，隨著自動駕駛和電動汽車等汽車技術的不斷發展，能夠在極端環境下控制電流的功率半導體技術開始受到人們的關注。
在此基礎上，第三代半導體材料由於普遍具有直接禁帶結構，且禁帶寬度更大、電子飽和漂移速度更高等特點，被越來越多地應用到功率半導體上。
在這其中，碳化矽和氮化鎵當前應用最為廣泛，前者具有寬禁帶、高臨界擊穿電場、高飽和電子遷移速度和高熱導率等特性，已在新能源汽車的電源管理中有所應用，後者則具有寬禁帶、高飽和電子漂移速度、高電子遷移率等物理特性，在消費電子快充產品上得以應用。
而氧化鎵被認為是繼碳化矽和氮化鎵之後的「第三代用於功率元件的寬禁帶半導體」。這種材料最初計劃用於LED（發光二極體）基板、深紫外光（Deep Ultra Violet）受光素子等，在近十年才被應用於功率半導體方向，繼而引發全球研發的熱潮。
研究表明，氧化鎵的禁帶寬度為4.9eV，超過碳化矽、氮化鎵等材料，採用禁帶更寬的材料可以製成系統更薄、更輕、功率更高的功率器件；擊穿場強高於碳化矽和氮化矽，目前 β-Ga2O3 的擊穿場強可以達到 8MV/cm，是碳化矽的兩倍。
中銀證券分析師趙琦3月27日報告指出，氧化鎵更有可能在擴展超寬禁帶系統可用的功率和電壓範圍方面發揮作用，其中最有希望的應用可能是電力調節和配電系統中的高壓整流器，如電動汽車和光伏太陽能系統。
不過，氧化鎵的導熱率低，散熱性能差是限制氧化鎵市場運用的主要因素。氧化鎵的熱管理研究是當前各國研究的主要方向。趙琦認為，如若未來氧化鎵的散熱問題被攻克，氧化鎵將是未來高功率、高壓運用的功率半導體材料的有力競爭者。
據外媒報導，今年4月，美國紐約州立大學布法羅分校（the University at Buffalo）正在研發一款基於氧化鎵的電晶體，能夠承受8000V以上的電壓，而且只有一張紙那麼薄，將用於製造更小、更高效的電子系統，用在電動汽車、機車和飛機上，用於控制和轉換電子，同時幫助延長此類交通工具的續航裡程。
除了美國之外，從全球範圍來看，日本作為全球首個研究氧化鎵材料的國家，同樣具備競爭優勢。METI認為，日本公司將能夠在本世紀20年代末開始為數據中心、家用電器和汽車供應基於氧化鎵的半導體。一旦氧化鎵取代目前廣泛使用的矽材料，每年將減少1440萬噸二氧化碳的排放。
「事實上，日本在氧化鎵相關技術方面遠遠領先於包括韓國在內的競爭對手，」該行業的一位專家向媒體表示，「一旦氧化鎵成功商業化，將適用於許多領域，因為它可以比其他材料更大幅度地降低半導體製造成本。」
而在中國，儘管起步較晚，但對於氧化鎵的研究也同樣不斷推進狀態中。據國內媒體報導，在去年舉行的全國科技活動周上，北京鎵族科技公司公開展示了其研發的氧化鎵晶胚、外延片以及基日盲紫外線探測陣列器件。
此外，中國電科46所採用導模法成功已製備出高質量的4英寸氧化鎵單晶，其寬度接近100mm，總長度達到250mm，可加工出4英寸晶圓、3英寸晶圓和2英寸晶圓。經測試，晶體具有很好的結晶質量，將為國內相關器件的研製提供有力支撐。