雖然目前還處于研發階段，但各國半導體企業都在爭相布局氧化鎵。不同的是，研究氧化鎵功率元件并進行開發的主體并不是Cree、Rohm、ST、Infineon、Bosch、OnSemi等功率半導體和元器件龍頭企業，而是初創企業。未來主要應用場景包括通信、雷達、航空航天、高鐵動車、新能源汽車等領域的輻射探測領域的傳感器芯片，以及在大功率和超大功率芯片。

今年4月，韓國30家半導體企業、大學以及研究所組建了碳化硅產業聯盟，目的是為了應對急速增長的碳化硅、氮化鎵、氧化鎵等寬禁帶半導體所引領的新型功率半導體市場。

在眾多方法中，改進功率器件材料是當下行業熱衷于做的一件事。從最初的Si到SiC/GaN，功率器件已經展現出了明顯的效率轉換提升優勢。隨著行業不斷探索更多新型材料，功率器件將迎來更大的發展突破。

在后摩爾時代，具有先天性能優勢的寬禁帶半導體材料脫穎而出，以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導體，憑借其大幅降低電力傳輸中能源消耗的顯著優勢，在功率器件和射頻器件領域大放異彩，成為全球半導體行業的研究焦點。

在氧化鎵的研發方面，日本走在時代前列。

日本東京國家信息通信技術研究所 (NICT)的Masataka Higashiwaki是第一個認識到β-Ga2O3在電源開關中潛力的人。2012年，他的團隊報告了第一個單晶β-Ga2O3晶體管，令整個半導體器件界感到驚訝。他們制造的這種晶體管屬于一種叫做金屬半導體場效應晶體管的器件。那么，這種晶體管有多優秀呢？評估功率晶體管優劣的一個重要標準是“擊穿電壓”，也就是說，這個器件能在什么電壓下阻止電流通過而不被破壞。Higashiwaki的團隊創新制造的這種晶體管，其擊穿電壓高達250V以上，非常出色。作為對比，氮化鎵（GaN）晶體管花了近二十年的研發，才實現了這個標準。

此后幾年，日本不少公司都在研發氧化鎵。其中日本的一家公司Novel Crystal Technology（NCT）是世界上最早開發、制造和銷售功率半導體用氧化鎵晶圓的公司之一，該公司成立于2015年，其技術就是基于田村株式會社、日本國立信息通信技術研究所（NICT）和東京農工大學在氧化鎵的研究成果。

2023年7月28日，日本功率半導體巨頭三菱電機集團宣布，投資了Novel Crystal Technology，用于加快研究開發高性能低損耗氧化鎵(Ga2O3)功率半導體，為實現低碳社會做出貢獻。早在2021年，Novel Crystal Technology就已成功量產4英寸氧化鎵晶圓，并開始供貨。去年該公司計劃投資約20億日元，為其工廠添加設備，到2025年，建成年產2萬片4英寸的氧化鎵晶圓生產線。而且該公司計劃在2023年供應6英寸晶圓。

三菱電機希望將其長期積累的低功率損耗、高可靠性功率半導體產品設計和制造技術與Novel Crystal Technology公司的氧化鎵晶圓制造技術相結合，加快開發卓越節能的氧化鎵功率半導體。

（一）晶圓切割：由于缺乏有效地將金剛石切成薄晶圓的技術，其應用受到限制。晶圓必須一張一張地合成，這使得制造成本對于大多數行業來說都過高。

現在，由千葉大學工程研究生院的Hirofumi Hidai教授帶領的日本研究團隊找到了切成薄晶圓的方法。這種基于激光的切割技術用于沿著最佳的晶體面整齊地切割金剛石，從而制造出平滑的晶片。為防止不必要的裂紋沿晶格擴散，研究人員開發了一種處理技術，將短激光脈沖集中在材料內的窄錐體積上。Hidai教授解釋說：“集中的激光照射會將金剛石轉化為密度低于金剛石的非晶碳。因此，被激光脈沖改變的區域會發生密度減小和裂紋形成。”

金剛石切片能夠以低成本生產高質量的晶圓，對于制造金剛石半導體器件是必不可少的。因此，這項研究使我們更接近實現金剛石半導體在社會中的各種應用，例如提高電動汽車和火車的功率轉換率。

（二）外延片：在制造金剛石器件所需的所有工業過程中，外延層的生長是最關鍵的過程之一，因為大部分電氣性能取決于這些有源層的質量。

法國的一家名為Diamfab的初創公司，正在研究生產金剛石外延晶片。Diamfab是法國國家科學研究中心 (CNRS) 的附屬機構。CNRS的寬帶隙半導體團隊 (SC2G) 30 年來一直致力于為具有挑戰性的電子應用領域開發高質量合成金剛石。

Diamfab用甲烷來生產金剛石，甲烷是一種可以通過自然和生物手段生產且不受資源限制的氣體。使用兩種工藝來合成它：HPHT（高壓高溫）或 MPCVD（微波等離子體化學氣相沉積）

通過獨特的控制來合成和摻雜金剛石外延層，他們開發了利用微波產生的等離子體在受控溫度和壓力條件下合成和摻雜金剛石外延層的IP。這會將甲烷分子裂解成碳，然后碳在金剛石種子的表面上重新排列。同時，添加精確且受控數量的硼或氮以生長金剛石摻雜層并形成準備用于器件制造的高附加值晶圓。因此，金剛石摻雜層的堆疊被生長以形成高附加值的晶圓，為設備制造做好準備。

Diamfab瞄準的是金剛石在電動汽車市場中的應用。在汽車應用中，Diamfab晶圓可以制造重量減輕80%、結構更緊湊的電源轉換器。在電網應用中，與硅相比，晶圓還可以更輕松地處理更高的電壓，并將能量損失減少10倍。Diamfab 表示，預計十年內所有電動汽車都將采用金剛石材質。

此外，化學氣相沉積 (CVD) 技術的進步也大大加速了金剛石的發展，這有望將金剛石晶圓實現4英寸。Diamfab公司越來越看到金剛石發展的契機，他們有一個明確的路線圖，到2025年實現4英寸晶圓，作為大規模生產的關鍵推動因素。目標是在未來五到七年內增加產量。

（三）器件研發：總部位于東京的 Orbray Co Ltd和位于日本愛知縣南山的汽車半導體研究公司 MIRISE Technologies Corp已開始合作開發未來在各種電動汽車中部署垂直金剛石功率器件所需的技術。

在研究合作中，Orbray將負責開發p型導電金剛石基板，而MIRISE將負責開發高壓操作器件結構，以驗證垂直金剛石功率器件的可行性。據悉，今年年初，日本佐賀大學教授Kazuki Yosda 和Orbray開發出了工作功率為每平方厘米 875 兆瓦的由金剛石制成的功率半導體，這是世界上輸出功率值最高的半導體。

三、功率半導體器件清洗：

針對各類半導體不同的封裝工藝如功率器件QFN，為保證產品的可靠性，合明科技研發多款自主知識產權專利清洗劑，針對不同工藝及應用的半導體封裝需要的精密清洗要求，合明科技在水基清洗方面開發了較為完整的水基系列產品，精細化對應涵蓋從半導體封裝到PCBA組件終端，包括有水基清洗劑和半水基清洗劑，堿性水基清洗劑和中性水基清洗劑等。具體表現在，在同等的清洗力的情況下，合明科技的兼容性較佳，兼容的材料更為廣泛;在同等的兼容性下，合明科技的功率器件QFN清洗劑清洗的錫膏種類更多(測試過的錫膏品種有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;測試過的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分)，清洗速度更快，離子殘留低、干凈度更好。合明科技專注電子制程精密清洗20多年經驗，在水基清洗劑方面頗有心得，包括油墨水基清洗劑，環保清洗劑，半導體芯片封裝水基清洗劑等數十款產品，多年來受到無數客戶的青睞。我們有強大的售前技術指導和最貼心的服務，水基清洗，選擇合科技，決不會讓您失望！合明科技運用自身原創的產品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，打破國外廠商在行業中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。以上便是功率器件的材料的演進與功率器件電子芯片清洗介紹介紹，希望可以幫到您！