徐军专访 | 氧化镓与蓝宝石产业发展具有相似性

氧化镓作为超宽禁带半导体材料，其高耐压高功率的潜力使其有望在未来的功率器件市场大放异彩。正因如此，各国对于这一新材料的研究都在如火如荼地进行中。如今，在氧化镓研究上，我国已经实现了从无到有的巨大进步。下一阶段，正朝着高质量发展、产业化发展的路线前行。

七月中旬，首届氧化镓技术与产业研讨会在杭州圆满结束。作为承办方之一，半导体在线对同济大学物理科学与工程学院徐军教授做了一个专访。徐军谈及氧化镓时提到，当前氧化镓的发展和之蓝宝石有异曲同工之处。

图左：同济大学 徐军

在衬底材料领域，蓝宝石有着无可撼动的龙头地位。我国的蓝宝石衬底发展从一开始的依赖进口到如今的独立自主走到世界前列，可谓是千帆过尽。或许新材料的发展，可以从蓝宝石的发展中得到启发。

蓝宝石：发展进程相似

蓝宝石本身具有高强度高硬度，耐光耐腐蚀，熔点高，透光性能好，化学性质稳定，在精密机械、微电子、光学等领域都有广泛应用。不过回顾我国的蓝宝石的发展之路，一路走来其实并非一帆风顺。

十几年前，我国蓝宝石的研究还是一片空白。刚开始的时候，蓝宝石衬底的发展也特别困难，设备依赖于进口。这带来的直接影响就是我国的蓝宝石发展受制于人。然而，因为LED和消费类电子产品的应用和市场需求推动，让人看到了蓝宝石发展的潜力，蓝宝石市场才越做越大。

从无到有的第一步，先从国外引进装备，然后开始长晶。随后，在此基础上开始研发新的制备技术，比如用泡生法、导模法制备。这在当时而言，只是初步解决了“要有蓝宝石衬底”的问题，接下来就是面临着降低成本进行工业化生产的重要问题。

毕竟想要推动蓝宝石的产业化，高品质低成本至关重要。只有过品质关卡的材料足够便宜，有更多人用得起，才会有更多人能用得上，由此驱动产业链更加完善，促使产业向成熟化方向发展。

在蓝宝石的发展研究上，徐军教授很有发言权。徐军现任上海蓝宝石单晶工程技术研究中心主任，他对蓝宝石的研究可谓由来已久。早在1999年，徐军就用温梯法成功制备了2英寸LED蓝宝石衬底片；2002年成功制备蓝宝石整流罩；2004年成功制备蓝宝石原子钟谐振腔；目前还在领导推进泡生法低弱吸收蓝宝石、多片导模法和导模法蓝宝石大板条等的研制。

当然，近几年对超宽禁带半导体材料氧化镓的研究，徐军也没有落下。因此，徐军感受颇深。在采访中，他提到，蓝宝石在我国经历从无到有，再到高质量低成本，期间共二十多年的发展进程。如今氧化镓的发展，无论是从技术发展还是整体整体进程上都与其有很大的相似性。

蓝宝石的发展重点：大尺寸、高质量、低成本，这同样适用于当前氧化镓的发展。只不过，目前氧化镓研究还处于研究早期，仍有许多技术难点需要攻克。

氧化镓：警惕导模法技术

成本，始终是桎梏新材料规模化发展的重要因素。而制备材料的所用技术，也关乎着成本的高低。在徐军看来，关于氧化镓的研究，大家都聚焦在导模法技术上，这个是需要警惕的——因为可以预见的是，导模法的成本短期内无法降下来。

据徐军介绍，导模法的主要成本可区分为投入成本和使用成本。投入成本指的是导模法下需要大量的铱做坩埚、模具等。铱的价格是黄金的三倍，是当之无愧的贵金属，并且我国铱金属比较稀缺。使用成本则指的是在氧化镓制备过程中的损耗成本，这是由氧化镓特点决定的。氧化镓需要在含氧的气氛下生长，而含氧状态下铱制品会出现挥发的情况，这无疑增加了整体的成本负担。

对于未来的制备方法研究上，徐军认为主要有两条路线：一是对传统制备方法的改良，二是不断研究新方法，如坩埚下降法等。就目前而言，世界范围内都没有突破这一技术壁垒。技术突破，需要大量的产业资金投入。谁先突破技术壁垒，谁就实现了弯道超车。这也和蓝宝石发展类似，蓝宝石晶体生长技术也是在大量的产业资金投入后，最终取得了突破——采用了与国际主流技术不一样的多温区石墨加热、碳毡保温的技术。

在实现了大尺寸高质量低成本的发展后，现在我国的蓝宝石衬底的发展已经位居世界领先水平。无论是蓝宝石的产业技术水平还是产业规模，都已经走到了世界前列，这也极大地推动了我国和世界LED的发展和普及。

回到氧化镓，作为一种材料本身，最终的目的就是为了能用，要形成产业化发展的话，跟市场结合才是其归宿。正如蓝宝石的发展一样，与LED市场紧密联系，不断做大做强。

最后，徐军老师还提到，氧化镓还面临着产业链完善这一关键问题。因为有了衬底晶体外延做基础，还需要下游器件的开发应用。如此，氧化镓产业才能上下游协同发展，未来可期。

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