在第四代半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，一項(xiàng)突破性成果引發(fā)關(guān)注。中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所聯(lián)合杭州富加鎵業(yè)科技有限公司，在國際上首次運(yùn)用垂直布里奇曼法（VB法）成功制備出8英寸氧化鎵晶體。這一成果標(biāo)志著我國在氧化鎵晶體規(guī)模化制備技術(shù)上取得重大進(jìn)展，為超高壓功率器件的國產(chǎn)化應(yīng)用奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

作為第四代半導(dǎo)體的代表性材料，氧化鎵因其超寬禁帶（4.9eV）和高擊穿場強(qiáng)（8MV/cm）的特性，在5G通信、新能源汽車、軌道交通等領(lǐng)域的超高壓功率器件中具有不可替代的應(yīng)用價值。相較于傳統(tǒng)碳化硅和氮化鎵材料，氧化鎵器件在相同耐壓條件下可實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻，顯著降低能源損耗。

上海光機(jī)所是國內(nèi)最早開展氧化鎵晶體研究的科研機(jī)構(gòu)之一。研究團(tuán)隊與富加鎵業(yè)通過產(chǎn)學(xué)研深度合作，重點(diǎn)突破了三大核心技術(shù)：自主研制的高精度晶體生長裝備實(shí)現(xiàn)了溫度場毫米級調(diào)控；開發(fā)的熱場仿真系統(tǒng)將溫度梯度控制在5℃/cm以內(nèi)；獨(dú)創(chuàng)的確定性熱場設(shè)計技術(shù)使晶體生長過程完全可控。這些技術(shù)突破為VB法的大尺寸晶體制備提供了關(guān)鍵支撐。

回顧技術(shù)攻關(guān)歷程，研究團(tuán)隊在2024年7月實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首個3英寸氧化鎵晶體制備，同年12月將尺寸提升至4英寸。2025年9月，6英寸晶體的成功制備刷新了國內(nèi)紀(jì)錄。僅三個月后，8英寸晶體的問世直接打破國際VB法制備氧化鎵晶體的尺寸紀(jì)錄，標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域的技術(shù)水平躍居世界前列。

與傳統(tǒng)導(dǎo)模法（EFG法）相比，VB法展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢：生長過程無需使用昂貴的銥金坩堝，材料成本降低60%以上；均勻的溫度場設(shè)計使晶體缺陷密度下降兩個數(shù)量級；柱狀晶體生長模式將材料利用率從30%提升至85%；全流程自動化控制使生產(chǎn)效率提高3倍。這些特性使VB法成為氧化鎵產(chǎn)業(yè)化最具潛力的技術(shù)路線。

目前，研究團(tuán)隊已與多家功率器件龍頭企業(yè)建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開展材料-器件-系統(tǒng)的全鏈條驗(yàn)證。通過優(yōu)化摻雜工藝和缺陷控制技術(shù)，8英寸晶體的載流子遷移率已達(dá)到國際先進(jìn)水平。下一步，合作方將重點(diǎn)攻克12英寸晶體生長技術(shù)，同時開發(fā)適用于新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)的1200V/100A氧化鎵MOSFET器件，推動我國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向高端化邁進(jìn)。