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三菱電機(jī)以實(shí)現(xiàn)無(wú)碳社會(huì)為目標(biāo)，已將使用Si和SiC的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品商業(yè)化，為電力電子設(shè)備的節(jié)能做出了貢獻(xiàn)。該公司致力于將氧化鎵作為材料，以實(shí)現(xiàn)更高耐壓和更低功率損耗的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品。

Novel Crystal Technology擁有在世界范圍內(nèi)較早開(kāi)始功率半導(dǎo)體用氧化鎵晶圓開(kāi)發(fā)、制造和銷(xiāo)售的記錄。公司目前的業(yè)務(wù)范圍為氧化鎵襯底的制造和銷(xiāo)售。未來(lái)三菱電機(jī)將把多年培育的低功率損耗、高可靠性功率半導(dǎo)體產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)與Novel Crystal Technology的氧化鎵晶圓制造技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)卓越的能源效率，并加速氧化鎵功率半導(dǎo)體的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)脫碳社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

目前，三菱電機(jī)通過(guò)生產(chǎn)硅和碳化硅 (SiC) 半導(dǎo)體，為電力電子產(chǎn)品的節(jié)能做出了貢獻(xiàn)。碳化硅和氮化鎵晶圓最近取得了進(jìn)展，但氧化鎵晶圓預(yù)計(jì)將有助于實(shí)現(xiàn)更高的擊穿電壓和更低的功耗。三菱電機(jī)現(xiàn)在期望通過(guò)將其在低能量損耗、高可靠性功率半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和制造方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與Novel Crystal Technology在鎵生產(chǎn)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合，加速其卓越節(jié)能氧化鎵功率半導(dǎo)體的開(kāi)發(fā)-氧化物晶片。

(資料圖片僅供參考)

Novel Crystal Technology背景來(lái)頭不小，由日本電子零部件企業(yè)田村制作所和AGC等出資成立，2017年與田村制作所合作成功開(kāi)發(fā)出全球首創(chuàng)氧化鎵MOS型功率電晶體，大幅降低功耗，僅為傳統(tǒng)MOSFET千分之一；2019年更開(kāi)發(fā)出2吋β型氧化鎵晶圓，不過(guò)，由于制造成本高昂，未能被廣泛應(yīng)用，僅限于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)。

在2021年，日本半導(dǎo)體企業(yè)Novel Crystal Technology成功量產(chǎn)4吋氧化鎵晶圓，并于今年開(kāi)始供應(yīng)客戶晶圓，使得日本在第三代化合物半導(dǎo)體競(jìng)賽中再度拔得頭籌。該報(bào)導(dǎo)指出，該公司成功量產(chǎn)新一代功率半導(dǎo)體材料氧化鎵制成的4吋晶圓，成為全球首家完成量產(chǎn)企業(yè)，而且該晶圓可以使用原有4吋晶圓設(shè)備制造生產(chǎn)，有效運(yùn)用過(guò)去投資的老設(shè)備，對(duì)于企業(yè)資本支出更有效率，預(yù)計(jì)2021年內(nèi)開(kāi)始供應(yīng)晶圓。此外，Novel Crystal Technology還計(jì)畫(huà)在2023年供應(yīng)6吋晶圓，屆時(shí)又將是劃時(shí)代突破。

到了去年，據(jù)日本媒體報(bào)道，Novel Crystal Technology計(jì)劃投資約為20億日元，向其公司工廠添加設(shè)備，到 2025 年，建成年產(chǎn) 20,000 片 100mm（4 英寸）氧化鎵 (Ga2O3) 晶圓生產(chǎn)線。

除了制造和加工氧化鎵單晶基板的設(shè)備和檢查設(shè)備外，Novel Crystal Technology還將引進(jìn)用于在晶圓上外延生長(zhǎng)氧化鎵的成膜設(shè)備，并計(jì)劃開(kāi)發(fā)一種可以同時(shí)沉積多個(gè)晶圓的新設(shè)備。

與由硅制成的傳統(tǒng)半導(dǎo)體相比，氧化鎵半導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)器件的功耗降低和高耐壓。其特點(diǎn)是能夠通過(guò)熔融法生長(zhǎng)塊狀單晶并有效地制造晶體基板。與正在投入實(shí)際應(yīng)用的碳化硅（SiC）等下一代材料相比，晶體生長(zhǎng)速度快了約100倍，基板更容易制造，從而顯著降低了成本。

成功開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量第3代氧化鎵

此次則進(jìn)一步調(diào)查致命缺陷的原因，著手展開(kāi)晶圓高質(zhì)量化的研究。結(jié)果顯示，造成致命缺陷的原因主要是在磊晶成膜過(guò)程中產(chǎn)生的特定粉末。研究團(tuán)隊(duì)透過(guò)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(gè)/cm2。

研究團(tuán)隊(duì)也實(shí)際進(jìn)行了磊晶晶圓的膜厚分布與施體濃度(Donor Concentration)的測(cè)量，確認(rèn)膜厚分布約為10 μm ± 5%、施體濃度則是1×10^16cm-3 ± 7%左右，達(dá)到應(yīng)用于功率元件也不會(huì)造成問(wèn)題的水平。另外試作了10×10 mm的肖特基二極管(SBD)，并就其電氣特性與致命缺陷密度進(jìn)行評(píng)估，在正向特性方面，電流從0.8V左右開(kāi)始流動(dòng)并上升至一定程度，確認(rèn)具有正常的正向特性。

此外，由于測(cè)量設(shè)備的上限，最大電流值僅調(diào)查到50A，但研究團(tuán)隊(duì)表示最大可以流通300～500A。而在反向特性方面，確認(rèn)即使施加約200V，漏電流仍可抑制在約10^(-7)A左右。今后透過(guò)在元件上設(shè)置電極終端結(jié)構(gòu)，推估可以實(shí)現(xiàn)600～1,200V的耐壓。

此項(xiàng)肖特基二極管試作品的反向特性良率為51%，根據(jù)此項(xiàng)數(shù)值與實(shí)證中使用的電極尺寸推算出致命缺陷密度約為0.7個(gè)/cm2。此項(xiàng)結(jié)果也意味著將可以80%左右的良率進(jìn)行100A級(jí)氧化鎵功率元件的制造。

目前Novel Crystal Technology也已著手進(jìn)行第3代氧化鎵100mm磊晶晶圓產(chǎn)線的建置，希望盡早展開(kāi)銷(xiāo)售，今后則計(jì)劃擴(kuò)大施體濃度與膜厚指定范圍，并致力于致命缺陷的減少與大口徑化的研究開(kāi)發(fā)。

另外，在新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)的推動(dòng)事業(yè)方面，目前也已成功地進(jìn)行了導(dǎo)入溝槽結(jié)構(gòu)(Trench Structure)之耐壓1,200V、低功耗氧化鎵肖特基二極管的實(shí)證。今后計(jì)劃利用此次開(kāi)發(fā)的晶圓，近一步推動(dòng)1,200V耐壓溝槽型肖特基二極管的量產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)。

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