來源：內容由半導體行業觀察編譯自三菱電機，謝謝。

三菱電機公司今天宣布，它已入股Novel Crystal Technology, Inc.——一家开發和銷售氧化鎵晶圓的日本公司，氧化鎵晶圓是一個很有前途的候選者。三菱電機打算加快开發優質節能功率半導體，以支持全球脫碳。

Novel Crystal Technology 是世界上最早开發、制造和銷售用於功率半導體的氧化鎵晶圓的公司之一，現在是這些產品的領先生產商，三菱電機將在其氧化鎵功率半導體的生產中使用其制造技術。

三菱電機通過生產硅和碳化硅 (SiC) 半導體，爲電力電子產品的節能做出了貢獻。碳化硅和氮化鎵晶圓最近取得了進展，但氧化鎵晶圓預計將有助於實現更高的擊穿電壓和更低的功耗。

三菱電機現在期望通過將其在量損耗、高可靠性功率半導體的設計和制造方面的專業知識與Novel Crystal Technology在鎵生產方面的專業知識相結合，加速其卓越節能氧化鎵功率半導體的开發-氧化物晶片。

氧化鎵商業化，邁出重要一步

日本新能源產業技術綜合开發機構（NEDO）4月6日宣布，作爲NEDO推動的“战略節能技術創新計劃”的一部分，Novel Crystal Technology正在致力於-Ga2O3肖特基勢壘二極管的商業化开發。宣布已成功確認氧化鎵 (-Ga2O3) 肖特基勢壘二極管 (SBD)的運行。

氧化鎵有望成爲超越SiC和GaN性能的材料，有望成爲下一代功率半導體，日本和海外正在進行研究和开發。在這種情況下，Novel Crystal Technology將在3O2的-Ga2O3肖特基勢壘二極管商業化項目上致力於商業化本產品的开發，這次，他們決定將正在开發的-Ga2O3 SBD安裝在電流連續型PFC（功率因數校正）電路中，並對其進行實際使用評估。

具體地，在350W輸出電源的PFC電路中安裝了-Ga2O3 SBD，進行了連續電流工作的演示測試。結果反向加了390V的電壓，此後，當電壓從反向切換到正向時，電流流過二極管正向時的電流波形就變成了梯形波最大8A.據說電流連續運行得到確認。在測試中，他們 還檢查了反向恢復特性，並將電路的輸出功率與輸入功率之比（功率轉換效率）與廣泛用於相同目的的硅快速恢復二極管（Si FRD）進行了比較。經證實，與 Si FRD 相比，-Ga2O3 SBD 的效率提高了 1%。

Novel Crystal Technology正在着手建立新开發的該公司還計劃开發-Ga2O3 SBD 。此外，將利用該开發成果進行反型MOS晶體管的研究和开發。

成功量產4吋氧化鎵晶圓

在2021年，日本半導體企業Novel Crystal Technology成功量產4吋氧化鎵晶圓，並於今年开始供應客戶晶圓，使得日本在第三代化合物半導體競賽中再度拔得頭籌。該報導指出，該公司成功量產新一代功率半導體材料氧化鎵制成的4吋晶圓，成爲全球首家完成量產企業，而且該晶圓可以使用原有4吋晶圓設備制造生產，有效運用過去投資的老設備，對於企業資本支出更有效率，預計2021年內开始供應晶圓。此外，Novel Crystal Technology還計畫在2023年供應6吋晶圓，屆時又將是劃時代突破。

Novel Crystal Technology背景來頭不小，由日本電子零部件企業田村制作所和AGC等出資成立，2017年與田村制作所合作成功开發出全球首創氧化鎵MOS型功率電晶體，大幅降低功耗，僅爲傳統MOSFET千分之一；2019年更开發出2吋型氧化鎵晶圓，不過，由於制造成本高昂，未能被廣泛應用，僅限於實驗室研發。

在寬能隙半導體材料中，氧化鎵具備許多優異特性，如：電子飄移飽和速度快、介電常數小、極高崩潰電壓、熱穩定性好且耐高溫，因此，逐漸成爲下一世代重要、且最具潛力寬能隙半導體系列材料，晶圓價格比碳化硅硅晶圓低，而且可以更加高效地控制電力，未來一旦價格來到甜蜜點，可廣泛應用於電動車及太陽能系統，大幅提升能源效率。

到了去年，據日本媒體報道，Novel Crystal Technology計劃投資約爲20億日元，向其公司工廠添加設備，到 2025 年，建成年產 20,000 片 100mm（4 英寸）氧化鎵 (Ga2O3) 晶圓生產线。

除了制造和加工氧化鎵單晶基板的設備和檢查設備外，Novel Crystal Technology還將引進用於在晶圓上外延生長氧化鎵的成膜設備，並計劃开發一種可以同時沉積多個晶圓的新設備。

與由硅制成的傳統半導體相比，氧化鎵半導體可以實現器件的功耗降低和高耐壓。其特點是能夠通過熔融法生長塊狀單晶並有效地制造晶體基板。與正在投入實際應用的碳化硅（SiC）等下一代材料相比，晶體生長速度快了約100倍，基板更容易制造，從而顯著降低了成本。

成功开發出高質量第3代氧化鎵

去年四月，日本半導體企業Novel Crystal Technology發表與佐賀大學共同开發了一項相較於既有制品，致命缺陷減少至10分之1之第3代氧化鎵100 mm磊晶晶圓(Epitaxial Wafer)。

擁有比GaN、SiC更大能隙(Bandgap)的氧化鎵(-Ga2O3)可望成爲次世代功率半導體材料。目前Novell Crystal Technology已經开發出能夠形成100 mm之氧化鎵磊晶晶圓的成膜裝置，並展开了第二代氧化鎵100 mm磊晶晶圓的制造與銷售。但由於促使元件耐壓特性劣化的致命缺陷大約有10個/cm，因此無法制作大型元件，電流值限制在10A左右。

此次則進一步調查致命缺陷的原因，着手展开晶圓高質量化的研究。結果顯示，造成致命缺陷的原因主要是在磊晶成膜過程中產生的特定粉末。研究團隊透過改善磊晶成膜條件，成功地將100 mm磊晶晶圓的致命缺陷降低至10分之1，減少到0.7個/cm。

研究團隊也實際進行了磊晶晶圓的膜厚分布與施體濃度(Donor Concentration)的測量，確認膜厚分布約爲10 m 5%、施體濃度則是1×1016 cm-3  7%左右，達到應用於功率元件也不會造成問題的水平。另外試作了10×10 mm的肖特基二極管(SBD)，並就其電氣特性與致命缺陷密度進行評估，在正向特性方面，電流從0.8V左右开始流動並上升至一定程度，確認具有正常的正向特性。

此外，由於測量設備的上限，最大電流值僅調查到50A，但研究團隊表示最大可以流通300～500A。而在反向特性方面，確認即使施加約200V，漏電流仍可抑制在約10-7A左右。今後透過在元件上設置電極終端結構，推估可以實現600～1,200V的耐壓。

此項肖特基二極管試作品的反向特性良率爲51%，根據此項數值與實證中使用的電極尺寸推算出致命缺陷密度約爲0.7個/cm。此項結果也意味着將可以80%左右的良率進行100A級氧化鎵功率元件的制造。

目前Novel Crystal Technology也已着手進行第3代氧化鎵100mm磊晶晶圓產线的建置，希望盡早展开銷售，今後則計劃擴大施體濃度與膜厚指定範圍，並致力於致命缺陷的減少與大口徑化的研究开發。

另外，在新能源產業技術總合开發機構(NEDO)的推動事業方面，目前也已成功地進行了導入溝槽結構(Trench Structure)之耐壓1,200V、低功耗氧化鎵肖特基二極管的實證。今後計劃利用此次开發的晶圓，近一步推動1,200V耐壓溝槽型肖特基二極管的量產技術开發。

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