前言：

在全球半导体产业的激烈竞争中，功率半导体材料的进化始终是推动行业前行的关键动力。

从最初的硅（Si）到如今的碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），每一次材料的革新都带来了性能的飞跃和应用的拓展。

随着科技的飞速发展和市场需求的不断变化，行业对更好材料的追求从未停歇。

近期，日本Patentix株式会社的一项突破性成果，将超宽禁带（UWBG）氧化物材料体系再次推向了前台，而二氧化锗（GeO₂）作为其中的佼佼者，正逐渐崭露头角，成为UWBG赛道上的新黑马。

作者| 方文三

图片来源|网 络

二氧化锗：UWBG 半导体领域的崛起之星

在超宽禁带半导体领域，二氧化锗（GeO₂）正以其独特的优势和巨大的潜力，吸引着越来越多的关注。

作为功率半导体的一种，二氧化锗具有三大显著优势：首先，它是一种具有高功率半导体潜力的超宽带隙半导体，其带隙高达4.68 eV，远超碳化硅（3.3 eV）和氮化镓（3.4 eV），这使得它在处理高电压、大电流时具有更高的效率和稳定性；

第二，二氧化锗适用于常规型GeO₂ MOSFET的P型和N型掺杂，这意味着它可以实现更灵活的器件设计和更广泛的应用场景；

第三，二氧化锗拥有廉价的块状晶体和外延层，这有助于降低生产成本，推动其大规模商业化应用。

二氧化锗共有五种晶体结构，其中金红石型二氧化锗（r-GeO₂）是日本Patentix株式会社取得突破的关键。

这种结构的二氧化锗具有4.6 eV的巨大带隙，并且理论预测其同时具有n型和p型导电特性。

这一特性使得r-GeO₂有望应用于下一代高性能常关型MOSFET等领域，为功率半导体器件带来革命性的提升。

Patentix的突破与展望

日本Patentix株式会社是一家专注于超宽带隙半导体材料二氧化锗（GeO₂）研究开发、制造与销售的初创企业。

自2022年12月成立以来，公司累计融资额已达10.59亿日元，显示出市场对二氧化锗材料的巨大兴趣和信心。

在二氧化锗的研究方面，Patentix取得了多项重要突破。他们利用FZ法成功生长出金红石型二氧化锗（r-GeO₂）块体晶体，尺寸达到5毫米，这是全球首次实现如此大尺寸的金红石型二氧化锗晶体生长。

这一突破不仅展示了Patentix在二氧化锗材料制备方面的技术实力，也为后续的器件研发和应用奠定了坚实基础。

为了最大限度地发挥r-GeO₂的潜力，Patentix致力于实现具有最小晶体缺陷的高质量块状衬底。他们计划制备出半英寸级的r-GeO₂块体衬底，并结合MinimalFab系统，开发出传统半导体材料无法实现的超高性能功率器件。

这一长远规划不仅展示了Patentix对二氧化锗材料未来发展的深远洞察，也预示着二氧化锗在功率半导体领域的广泛应用前景。

氧化镓的强劲对手的竞争态势与面临挑战

在超宽禁带半导体领域，除了二氧化锗外，氧化镓（Ga₂O₃）也是备受瞩目的材料之一。

氧化镓被视为继SiC与GaN之后最具潜力的高压功率器件材料，其带隙约4.8 eV，击穿电场达8 MV/cm，远超Si、SiC与GaN。

这些优异的物理特性使得氧化镓在高压功率器件和深紫外光电应用中具有独特的优势。

然而，氧化镓也并非完美无缺。其主要短板是导热性低，约为SiC的十分之一，热量易在器件内部积聚。如何解决散热瓶颈成为未来产业化能否突破的关键议题。

此外，氧化镓的p型掺杂尚未解决，这也限制了其在某些应用领域的拓展。

尽管如此，日本在氧化镓研究上的积累可谓深厚。

东京NICT的Masataka Higashiwaki教授早在2012年就发表了全球首个单晶β-Ga₂O₃晶体管的研究成果，验证了氧化镓在高压功率开关器件中的巨大潜力。

此后，日本团队在氧化镓领域形成了完整的技术体系，从晶体生长、外延技术到器件结构设计均处于全球领先水平。

中国的产业崛起中的机遇

在国内，氧化镓产业也在迅速崛起。杭州镓仁半导体等企业在单晶衬底、外延生长与装备制造等多个环节接连取得突破。

特别是杭州镓仁半导体推出的全球首块8英寸β-Ga₂O₃单晶，不仅打破了全球氧化镓单晶直径纪录，也标志着中国在氧化镓材料领域取得了重大进展。

然而，对于二氧化锗而言，中国在该领域的研究和产业化进程相对滞后。

目前，国内关于二氧化锗的研究主要集中在基础研究阶段，尚未形成完整的产业链和商业化应用。但这也为中国提供了迎头赶上的机遇。

结尾：

随着电动汽车的普及、AI数据中心的能耗增长、减碳与节能需求的增强以及车载功率模块小型化趋势的到来，超宽禁带半导体的商业化正受到高度期待。

二氧化锗和氧化镓作为其中的代表材料，正以其独特的优势和巨大的潜力引领着功率半导体材料的革新。

总之，二氧化锗作为UWBG赛道上的新黑马，正以其独特的优势和巨大的潜力吸引着越来越多的关注。

内容来源于：半导体行业观察：超越SiC？功率器件市场，跑出一匹黑马！；超越SiC？ r-GeO2晶体突破，UWBG功率器件市场迎新变革