国际首创！上海光机所联合富加镓业突破8英寸VB法氧化镓晶体制备技术

12月27日，中国科学院上海光学精密机械研究所（以下简称“上海光机所”）联合杭州富加镓业科技有限公司（以下简称“富加镓业”），在国际上首次采用垂直布里奇曼法（VB法）成功制备出8英寸氧化镓晶体。这一突破标志着我国在第四代半导体材料规模化制备领域跃居全球领先地位，为超高压功率器件的国产化应用奠定坚实基础。

氧化镓作为第四代半导体代表性材料，凭借其超宽禁带（4.9eV）和高击穿场强（8MV/cm）的特性，在5G通信、新能源汽车、轨道交通等领域的超高压功率器件中具有不可替代的应用价值。相较于传统碳化硅和氮化镓材料，氧化镓器件在相同耐压条件下可实现更小的导通电阻，显著降低能源损耗。然而，受制于高熔点、高温分解及易开裂等特性，大尺寸氧化镓单晶制备长期面临技术瓶颈。

此次突破源于上海光机所与富加镓业对垂直布里奇曼法（VB法）的深度攻关。该技术通过优化关键装备制造、高精度模拟仿真及确定性热场设计三大核心技术，实现了温度场毫米级调控、温度梯度小于5℃/cm的均匀性控制，并独创柱状晶体生长模式，将材料利用率从30%提升至85%。自2024年7月实现国内首个3英寸氧化镓晶体制备以来，团队仅用18个月便完成从3英寸到8英寸的尺寸跃迁，刷新国际VB法制备氧化镓晶体的最大尺寸纪录。

与传统导模法（EFG法）相比，VB法展现出显著的经济性与规模化潜力。首先，VB法无需使用昂贵的铱金坩埚，材料成本降低60%以上；其次，均匀的温度场设计使晶体缺陷密度下降两个数量级，良品率提升至90%以上；最后，全流程自动化控制使生产效率提高3倍，单炉生长周期缩短至72小时。富加镓业自主研发的“一键长晶”智能装备已实现从晶体生长到缺陷检测的全链条自动化，为大规模量产提供技术保障。

目前，研究团队已与多家功率器件龙头企业建立联合实验室，开展材料-器件-系统的全链条验证。通过优化掺杂工艺和缺陷控制技术，8英寸晶体的载流子迁移率已达到国际先进水平，可满足1200V/100A氧化镓MOSFET器件的制备需求。富加镓业同步推进的年产万片6英寸氧化镓单晶及外延片生产线，预计将于2026年底投产，届时将形成覆盖“衬底-外延-装备”的完整产品体系。

上海市科委第四代半导体战略前沿专项负责人表示，此次突破不仅解决了我国在超高压功率器件领域的“卡脖子”问题，更通过长三角创新链与产业链的深度协同，为第四代半导体材料的全球竞争赢得先机。据行业预测，到2030年，氧化镓功率器件市场规模将突破500亿美元，而8英寸晶体的量产将推动我国在该领域的市场份额提升至40%以上。