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第四代半導(dǎo)體技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)，為何值得期待？

來源：上海雋思實(shí)驗(yàn)儀器有限公司   2025年08月25日 07:22   51
隨著以SiC與GaN為主的第三代半導(dǎo)體應(yīng)用逐漸落地，被視為第四代之超寬禁帶氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料，成為下一波矚目焦點(diǎn)，特別是Ga2O3 在超高功率元件應(yīng)用有著不容小覷的潛力，而其優(yōu)勢(shì)與產(chǎn)業(yè)前景又究竟為何？


Ga2O3 技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)

雖然以Si基板為主的組件已主導(dǎo)現(xiàn)今科技產(chǎn)業(yè)之IC與相關(guān)之電子元件，然而此類產(chǎn)品仍面臨許多極限，無論在高功率或是高頻元件與系統(tǒng)，除不斷精進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，新興材料亦推陳出新。特別是第三代半導(dǎo)體以SiC與GaN為主之高功率元件與系統(tǒng)，在大電力與高頻元件上被賦予重任，更已陸續(xù)應(yīng)用在相關(guān)之產(chǎn)業(yè)。

盡管如此，被視為第四代之超寬禁帶氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料，特別是Ga2O3 因其基板制作相較于SiC與GaN更容易，又因?yàn)槠涑瑢捊麕У奶匦?，使材料所能承受更高電壓的崩潰電壓和臨界電場(chǎng)，使其在超高功率元件之應(yīng)用潛力。

Ga2O3 擁有五種晶相（polymorphs）（monoclinic（β-Ga2O3），rhombohedral（α），defective spinel（γ）， cubic（δ）， or orthorhombic（ε）），且擁有約 4.5-4.9eV 的超寬禁帶與臨界電場(chǎng)（Ebr）高達(dá) 8 MV/cm，相較于GaN 的能隙 3.4eV，SiC 的能隙 3.3eV 都高出許多，在 Barliga 評(píng)價(jià)（BFOM）寬禁帶半導(dǎo)體的系數(shù)中 Ga2O3 高達(dá) 3444，是 SiC 的十倍、GaN 的四倍，此一系數(shù)關(guān)系著元件所能承受高電壓，由此 BFOM 系數(shù)也可以看到 Ga2O3 在高功率元件之應(yīng)用潛力。

車用、光電都看好，應(yīng)用廣泛且前景可期

Ga2O3 具備許多優(yōu)良的特性，使其可以應(yīng)用在許多方面，特別是其寬禁帶特性能在功率元件上有顯著的應(yīng)用，諸如電動(dòng)車、電力系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的渦輪等都是其應(yīng)用范圍。而Ga2O3 的薄膜透明，不僅在光電元件方面可作為透明面板上的組件，光感與氣體傳感器領(lǐng)域也都可以是其應(yīng)用范圍。

也因此Ga2O3 產(chǎn)業(yè)前景方面應(yīng)用廣泛，且潛力極大仍有許多組件等待被開發(fā)與商業(yè)化，可說是很具前瞻性的材料之一！

Ga2O3 未來潛力值得期待，不過現(xiàn)階段仍有許多問題有待克服。



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