AI芯天下丨趋势丨二氧化锗：UWBG赛道的新黑马
在全球半导体产业的激烈竞争中，功率半导体材料的演进始终是推动行业持续前行的重要动力。
从最初的硅（Si）材料起步，经历碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的兴起，每一次材料的更迭都为性能提升和应用场景扩展带来了显著提升。
随着科技不断进步，以及市场对效率、稳定性与能耗控制的要求日益提高，对更优材料的探索从未停止。
近期，日本Patentix株式会社取得的一项关键进展，再次将超宽禁带（UWBG）氧化物材料体系推入焦点，而其中的二氧化锗（GeO），凭借其多项优势，正在UWBG领域崭露头角，被视为该赛道的潜在黑马。
作者｜方文三
图片来源｜网络
二氧化锗：UWBG半导体领域的新兴力量
在超宽禁带（UWBG）半导体领域，二氧化锗正以独特的性能优势和广泛的应用前景，吸引越来越多行业关注。
作为新一代功率半导体材料，二氧化锗具备多个显著特点。首先，其超宽禁带特性（4.68 eV）远高于碳化硅（3.3 eV）和氮化镓（3.4 eV），赋予其在高电压、大电流应用中更高的转换效率与稳定性。
其次，二氧化锗具备实现P型和N型掺杂的潜力，使其在器件设计上更为灵活，能够适应更多应用场景。
此外，二氧化锗材料具备成本优势，块状晶体和外延层的制造相对成熟，有助于降低生产成本并加速其商业化进程。
目前，二氧化锗共有五种晶体结构，其中金红石型（r-GeO）成为研究重点。日本Patentix株式会社在此结构上取得了关键性进展。
金红石型二氧化锗的理论带隙为4.6 eV，并具备n型与p型导电特性，使其有望在下一代常关型MOSFET等高性能功率器件中发挥重要作用。
Patentix的技术突破与未来布局
Patentix株式会社是一家专注于UWBG材料二氧化锗的研发、制造与销售的初创企业。
自2022年12月成立以来，公司已获得累计超过10.59亿日元的融资，显示出市场对该材料的广泛认可。
在材料研究方面，Patentix实现了多项突破。通过改进的直拉法（FZ法），他们成功生长出直径达5毫米的金红石型二氧化锗块状晶体，这是全球范围内首次实现该尺寸的高质量r-GeO晶体。
这一成果不仅体现了公司在材料制备方面的技术实力，也为后续器件开发提供了坚实基础。
为推动r-GeO的进一步应用，Patentix正致力于开发高品质、缺陷密度更低的块体衬底，并计划实现半英寸级晶体的量产。
同时，公司还结合MinimalFab制造系统，探索传统半导体材料难以实现的超高性能功率器件，展现出其在UWBG半导体领域中的战略眼光。
UWBG材料竞争格局：与氧化镓的较量
在超宽禁带半导体材料的竞争中，二氧化锗并非唯一的焦点，氧化镓（GaO）同样备受瞩目。
氧化镓的带隙约为4.8 eV，击穿电场高达8 MV/cm，远优于Si、SiC和GaN，因此在高压功率器件与深紫外光电子领域展现出强大潜力。
然而，氧化镓也面临一些技术挑战，例如较低的热导率，仅为碳化硅的十分之一，容易导致器件内部热量积聚。
此外，氧化镓的p型掺杂技术尚未成熟，限制了其在部分应用中的拓展。
尽管如此，日本在氧化镓研究方面积累了深厚的成果，其中以东京NICT的Masataka Higashiwaki教授为代表。
早在2012年，他就成功研制出全球首例单晶β-GaO晶体管，证明了其在高压功率器件领域的可行性。
此后，日本团队在氧化镓晶体生长、外延工艺和器件结构设计等方面持续深耕，已形成完整的技术体系。
中国在UWBG领域的机遇与发展
在国内，氧化镓产业正处于快速发展阶段。
以杭州镓仁半导体为代表的企业，已经在单晶衬底、外延生长和设备制造等多个环节取得突破。
例如，该企业推出的8英寸β-GaO单晶衬底，打破了此前氧化镓单晶直径的世界纪录，标志着中国在该领域实现重大技术进展。
相比之下，二氧化锗在国内的研究仍处于基础阶段，尚未建立完整的产业链。
但这也意味着中国在该领域拥有后发优势，具备迎头赶上的潜力。
结语
随着电动汽车普及、AI数据中心能耗攀升、碳中和目标推动以及车载功率模块小型化需求的提升，超宽禁带半导体材料的商业化进程正不断加快。
二氧化锗和氧化镓作为其中的代表性材料，凭借各自的技术优势和应用潜力，正在引领功率半导体领域的革新。
作为UWBG赛道中迅速崛起的新面孔，二氧化锗正逐步成为行业关注的焦点。
内容来源：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
原文标题：AI芯天下丨趋势丨二氧化锗，UWBG赛道新黑马？