专家访谈
【专家访谈】杭州镓仁半导体创始人张辉教授：“百镓齐放”—— 铸造法突破技术壁垒，奠定大尺寸产业化基础！
日期：2024-06-28阅读：1101
公司介绍
杭州镓仁半导体有限公司成立于2022年9月，是一家专注于氧化镓等宽禁带半导体材料研发、生产和销售的科技型企业。公司依托浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室、浙江大学杭州国际科创中心，已形成一支以中科院院士为首席顾问，具备丰富行业经验的研发、生产、运营团队。
镓仁半导体引领行业创新，成功首创铸造法等氧化镓单晶生长新技术，并实现6英寸单晶衬底及2英寸(010)单晶衬底的生产技术突破。公司已掌握氧化镓生长、加工、外延等全链条的核心技术，获得十余项国际、国内发明专利，助力国内氧化镓相关产业摆脱国际垄断和封锁。为客户提供拥有完全自主知识产权的高品质氧化镓衬底产品。
公司产品包括不同尺寸、晶向和电阻率的氧化镓抛光片，可定制的氧化镓籽晶、晶锭等。产品主要应用于面向国家电网、新能源汽车、轨道交通、5G通信等领域的电力电子器件。
嘉宾介绍
张辉，浙江大学材料科学与工程学院、杭州国际科创中心双聘教授。2019年前主要从事低维材料和新能源的应用研究。目前主要从事氧化镓单晶生长、晶圆加工和缺陷控制的研究。开发了一种具有自主知识产权的新型熔体法氧化镓单晶生长技术——铸造法，并攻克了直拉法生长技术的多个瓶颈问题。已在Nat. Comm., Adv. Mater.等国际著名期刊发表学术论文190余篇，获授权发明专利20余项。2008 年获浙江省科学技术一等奖（排名第三），2013年获国家自然科学二等奖（排名第二）。2015年入选国家万人“青年拔尖人才”计划，并获国家自然科学基金优秀青年基金资助。2022年9月，作为创始人成立了杭州镓仁半导体有限公司，启动氧化镓单晶材料的产业化。
AGOA：团队介绍
我们团队建立于2018年，在学术带头人杨德仁院士的设计和指导下，团队成员在浙江大学硅及先进半导体全国重点实验室率先开始氧化镓单晶材料研发；到了2020年，团队在浙江大学杭州国际科创中心开展了氧化镓单晶小试。这几年我们团队不断壮大，核心成员陆续加入杭州镓仁半导体有限公司，已经成长为一支以中科院院士为首席顾问的优秀研发与生产团队。研发人员在氧化镓的单晶生长、加工、检测等方面具有多年研发工作经验，背景涵盖物理、化学、材料及半导体领域，形成了多学科的交叉融合，同时具备丰富的公司运营和资本化经验。
AGOA：对外宣传的技术优势及亮点
铸造法是由我们团队自主开创，用于生长氧化镓单晶的新型熔体法技术，也是我们公司的技术优势之一。我们采用铸造法成功制备了6英寸氧化镓单晶，并且加工成了6英寸的双面抛光片，掺杂类型有UID（非故意掺杂）、半绝缘和导电型，这让我们镓仁成为氧化镓6英寸俱乐部的成员之一。铸造法在产业化方面有许多显著优势：第一，铸造法成本低，相比其他方法，铸造法中贵金属Ir的用量大幅减少，经过我们的初步测算，减少超80%；同时，因为铱坩埚暴露在氧化环境中面积更少，每次坩埚的损耗也小，这使得铸造法的成本显著降低，具备推动大规模产业化的潜力。国内铱金存储量相对有限，价格居高不下，对产业化来说是一个不容忽视的限制，因此降低铱金的用量和损耗是产业化的必经之路。第二，铸造法简单可控，其工艺流程短、效率高、尺寸易放大，未来可实现全自动长晶。第三，铸造法拥有完全自主知识产权，中国、美国和日本专利均已授权，为突破国外技术垄断，实现国产化替代奠定坚实基础。我们认为铸造法优势突出，有望成为氧化镓单晶的新一代量产技术。
此外，在直拉法方面我们也有很大突破，我们团队通过开发气氛控制技术与温度梯度控制技术，解决了困扰许久的漂浮物问题、界面稳定性问题和孪晶问题，攻克了直拉法生长氧化镓单晶的技术瓶颈，目前也已经推出独特的产品。
AGOA：公司氧化镓相关产品介绍
我们公司的产品种类齐全，包括不同尺寸、晶向和电阻率的氧化镓抛光片，可定制的氧化镓籽晶、晶锭等。今年Q2开始，我们也已经在开发氧化镓的外延片，预计Q4推出可售产品。公司产品主要应用于面向国家电网、新能源汽车、轨道交通、5G通信等领域的电力电子器件。
除了6英寸的氧化镓单晶衬底，近期我们还推出了一款新产品——2英寸晶圆级(010)氧化镓半绝缘衬底。据我了解，目前国际上能提供这种晶面衬底的单位和公司很少，之前大家能买到的尺寸大多是10mm×15 mm。一方面该晶面的晶体尺寸做不到这么大，另一方面大尺寸（010）衬底加工也是一个巨大挑战。这款产品主要面向科研用户，在氧化镓衬底常见的主流晶面中，（010）衬底在物理特性和外延方面具有出色的表现。首先，（010）衬底热导率最高；第二，（010）衬底具有较快的外延生长速率，外延的难度也低很多；第三，基于（010）衬底制备的功率器件通常具有更优异的性能。我们相信这款产品的推出能进一步展现氧化镓材料的优异性能。
AGOA：公司在氧化镓产业化方向的定位及发展规划
我们镓仁专注于氧化镓衬底片和外延片的研发和生产。相比于已形成一定产业规模的碳化硅和氮化镓，现阶段氧化镓还处于产业化的早期。“贵”和“质量欠佳”仍是氧化镓产业化道路上的拦路虎。追求价廉物美的氧化镓单晶材料永远是镓仁努力的目标。公司会坚持铸造法的长晶路线，大幅减少贵金属铱的使用。通过持续的迭代，将氧化镓的价格降到碳化硅的以下。此外，公司也会研发其它的非导模法路线，包括无铱技术，通过与铸造法的融合，取长补短，进一步降低氧化镓的成本。与上下游开展产业化的协同合作，通过器件去发现材料中的问题，努力提升材料的质量，为国内的器件厂家提供材料产品的保障。
按照公司的战略规划，公司已经实现了氧化镓2英寸、4英寸、6英寸的目标，未来将进一步突破8英寸。但是当下，我们认为更重要的是提升产品的质量并降低成本，晶体尺寸已经不是氧化镓应用的瓶颈了。
AGOA：公司现有产线或即将投产的产线产值、规模及未来市场占比的预估？
现在公司的研发和生产场地已经达到1100平，接下来一年内我们还会扩建到3500平以上。目前我们已建成2寸铸造法量产线，并已完成2英寸氧化镓衬底的中试，良品率已超过碳化硅；同时，我们还实现了4寸和6寸衬底的小批量量产。公司的产品能满足现阶段的需求。氧化镓是一种相对比较新的宽禁带半导体，虽然目前还未完全获得市场认可，但市场前景很好，未来一定能在半导体材料市场占据重要份额。我们相信，只要潜下心来认真长好晶体、做好产业化，未来市场一定会有我们一席之地。
AGOA：对于氧化镓产业化，从企业角度看您觉得发展前景在哪？未来可能的转折点在哪？
我们都知道氧化镓的禁带宽度大、击穿场强高、巴利加优值大，所以业内普遍认为在制备功率器件上氧化镓是有很大优势的。对于氧化镓产业来说，新能源汽车、高压输变电、光伏逆变器等等都是发展前景不错的应用领域。当然，氧化镓在制备射频器件、探测器方面也有很大优势，这些相关领域同样适合氧化镓材料的应用。目前来说，氧化镓衬底的价格昂贵，这是限制产业化的重要因素之一，未来如果能在保证晶体高质量的前提下，将氧化镓单晶衬底成本降到同等尺寸碳化硅的成本以下，届时氧化镓的市场可能会有进一步的发展。当然，氧化镓的p型掺杂以及散热问题都是需要攻克的难题，这需要学术界和产业界协同攻关，共同推进。
AGOA：从公司角度来看，更希望获得氧化镓哪方面的人才？
我之前经常和团队成员们讲，氧化镓材料的研发绝不能停留于实验室，必须要走出去，实现产业化。镓仁的使命是实现氧化镓单晶材料的产业化。目前利用铸造法制备大尺寸氧化镓晶体的技术路线已经走通，接下来主要是工艺优化以及后续的迭代。因此，了解晶体生长原理、精通热场设计、懂得设备改造的人才是公司急需的。由于氧化镓的硬度不高，氧化镓的加工看似简单，但是各向异性带来的解理、破碎、损伤层等问题都是影响产品质量的关键，市场上很缺优秀的氧化镓加工人才。外延是连接衬底和器件的关键，今年镓仁重点推进MOCVD和HVPE的外延，非常欢迎优秀的人才加入。
AGOA：公司近期关于氧化镓业务或技术方面的好消息
就如前面所提到的，近期公司采用铸造法成功制备了高质量6英寸非故意掺杂及导电型氧化镓(β-Ga2O3)单晶衬底，成为国内掌握6英寸氧化镓单晶衬底制备技术的产业化公司；同时，也推出了新产品——2英寸晶圆级(010)氧化镓半绝缘单晶衬底。很快，我们将会推出尺寸更大的（010）氧化镓衬底。
AGOA：对于联盟之前的服务内容，您觉得有什么不足之处可以进行提升改进？
联盟在信息共享、人员交流等方面做了非常多出色的工作，未来希望有更多的企业能成为理事单位，共同为联盟出谋划策，推进氧化镓产业发展。
AGOA：贵公司期待联盟提供哪方面的服务？
期待联盟在产业协同、信息共享、学术交流、新闻宣发、行业前景规划分析等方面提供帮助，促进产学研及政府间的交流合作，实现共赢。
