美国将第四代半导体氧化镓列入出口管制，没想到被管制的是自己！

镓，元素周期表中位列31。在半导体材料领域，除第一代的只有硅材料外，第二、三、四代都有“镓”的身影。比如：第二代中有砷化镓，第三代中有氮化镓，第四代材中有氧化镓。

氧化镓(Ga2O3)是一种“超宽禁带半导体”材料。之所以被称为第四代半导体的原因是因为，其超宽能隙的特性，相较于相较于第三代半导体（化合物半导体）碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN），氧化镓材料能承受更高电压的崩溃电压与临界电场。

2022年8月，美国商务部产业安全局（BIS）将第四代半导体材料氧化镓和金刚石列入出口管制。氧化镓也因此从此前的默默无闻而引起关注。美国为什么如此关注氧化镓呢？

与第三代半导体碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)相比，氧化镓具有以下三大优势：一、氧化镓的禁带宽度达到了4.9eV，高于碳化硅的3.2eV和氮化镓的3.39eV。二、氧化镓具有比氮化镓更耐高压、耐高温，大功率更大、抗辐照更强等特性。三、在同等规格下，宽禁带材料可以制造体积更小、功率密度更高的器件。

如果这不好理解，我们看看氮化镓T/R组件与砷化镓T/R的比较：氮化镓的熔断温度是砷化镓的3倍，禁带带宽也是砷化镓的3倍，能量密度更是砷化镓的10倍。在T/R组件的模块效率中，砷化镓T/R组件的模块效率为30%左右，氮化镓T/R组件的模块效率能够达到48%。

两相比较，氧化镓的性能远超砷化镓，美国也因此认为氧化镓耐高压特性在军事领域的应用对美国国家安全至关重要。他们认为，此后必将在全球科研与产业界引起了更广泛的重视。因此，将氧化镓列入出口管制。

在美国将氧化镓列入出口管制前，我们已有几家公司达到相当高的水平，比如：北京铭镓半导体的4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破；杭州富加镓业2寸及以下规格的氧化镓UID（非故意掺杂）、导电型及绝缘型产品；浙大杭州科创中心的2英寸（50.8mm）的氧化镓晶圆。中国科大国家示范性微电子学院教授龙世兵课题组还在2023年初首次研制出氧化镓垂直槽栅场效应晶体管。除此之外，中电科46所，上海光机所、上海微系统所、复旦大学、南京大学等各大科研高校也在从事相关研究。这与我们近年来对第三、四代半导体材料产业布局有很大关系。

如果说上面的氧化镓技术还不能代表我们在第四代半导体材料领先的话，那么，就看看下面这个。

据报道，近日，中国电科46所成功制备出我国首颗6英寸氧化镓单晶，达到国际最高水平。

6英寸就是15.24厘米。这意味着氧化镓晶体材料可进入产业化生产的标准化阶段。

到目前为止，半导体硅晶体理论上最大直径可达45厘米，最大长度为3米。这个工序很复杂。它是将块状多晶硅放入坩埚内加热到1440°声弦船功之缩味划C以再次熔化 。抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂硅晶种探入熔融硅中，晶体成长时，以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率缓慢从熔液中拉出，探入晶体“种子”，长出了所谓的“肩部”，长出了所谓的“身体”。得到一根纯度极高的硅晶棒。

氧化镓的晶体的生成工艺是保密的。据报道，中国电科46所氧化镓团队聚焦多晶面、大尺寸、高掺杂、低缺陷等方向，从大尺寸氧化镓热场设计出发，成功构建适用于6英寸氧化镓单晶生长的热场结构，突破了6英寸氧化镓单晶生长技术，具有良好的结晶性能，可用于6英寸氧化镓单晶衬底片的研制。

我们知道，单晶体即经过高温热处理后产生的生成物。但这个高温条件控制很重要，比如它的压力是多少，惰性气体又用的是什么，什么时候用什么温度这些都是不外传的。尤其是氧化镓还是一种高熔点、高温分解以及易开裂等的物质，因此，在大尺寸氧化镓单晶制备极为困难。

结语：

在氮化镓材料上，美国正在为F35换装AN/APG-85氮化镓相控阵雷达；它还研发一种E-8C“联合星”飞机，使用的是AN/APY-7雷达，估计将用于空军预警机；美国还在研发一种AN/SPY-7雷达。这是美国最新弹道导弹预警雷达——远程识别雷达（LRDR），并且美国海军还将在它的基础上研发新一代“宇斯盾”代替AN/SPY-1雷达。这一切缘于美国近年在氮化镓技术上的突破，这让它有了追赶的机会。如果它在氧化镓上又落后一步，那么差的可又是一代哦！美国将氧化镓列入出口管制，他也没想到是，是将自己“管制”起来了，当然，它也知道，就算它不管制，它也未必买得到。

氧化镓性能比氮化镓更好，中电科46所在第四代半导体氧化镓再次领先，达到世界最高水平。专家认为，氧化镓材料是最有可能在未来大放异彩的材料之一，在未来的10年左右，氧化镓器件有可能成为有竞争力的电力电子器件，会直接与氮化镓、碳化硅器件竞争。10年左右，大致是我们六代机服役的时候，它们会装上氧化镓相控阵吗？