半导体 | 氧化镓新技术，让世界为之一变京都大学首个风险投资
使用氧化镓的二极管（Diode），外观看起来不过是普通的半导体，却以划时代的较低成本实现了性能超越。
现在，在执行功率控制半导体（功率半导体，Power Semiconductor ）的领域里，已经开始研发使用碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）作为半导体材料而不是使用硅材料，并且取得了成果。
例如，铁路车辆方面，把原本采用硅制功率半导体的变流器更改为使用碳化硅的变流器，可以产生最大节能40%的划时代效果。
在业界，正努力致力于开发碳化硅、氮化镓的半导体，而且应用在身边的实例越来越多，例如被日本山手线新型列车采用。
未来，这些新型半导体将在电动汽车（EV）、家用电器等市场普及，并且预计将促进节能环保及家用电器的小型化，前景可观。
然而，却有企业开发了一种“可怕”的技术，它有可能打破由碳化硅、氮化镓实现的新型半导体开发成果。
它就是京都大学的首家风险投资企业——FLOSFIA株式会社。一直以来开发碳化硅和氮化镓材料的人们甚至担心他们会遇到厉害的对手。FLOSFIA公司开发出了一种廉价制造氧化镓晶体的方法，这项技术是不是厉害到可以“消灭”碳化硅和氮化镓的最新成果呢？
氧化镓绝对高的性能
首先，氧化镓作为半导体具有极佳的性能。
作为半导体材料，碳化硅和氮化镓优于硅，因此实现了突破性的技能效果，但是，氧化镓的物理性质又“打败”了碳化硅和氮化镓。
通常用“Baliga性能指数”来表示半导体材料对硅的性能数值，硅是1，达到超过硅的节能效果的碳化硅为340，氮化镓为870。
相比之下，氧化镓的“Baliga性能指数”居然达到了3,444！它是硅的3,400倍！即使和已经达到卓越节能效果的碳化硅相比，也是它的大约10倍！氧化镓的卓越性能绝对是无可争议的！
如果是相同性能的元件，可以达到损耗小、绝对节能的效果，尺寸也可以做到极小。比方说，FLOSFIA已经成功开发了一种二极管，与碳化硅相比，其电阻降低了86%；从FLOSFIA网站上公布的尺寸比较来看，其面积几乎是硅的1/100。
克服缺点，以氧化镓半导体为目标
然而，氧化镓也有其缺点，用氧化镓无法制造P型半导体。在半导体领域，存在故意缺乏电子的P型半导体和故意使电子空闲的N型半导体。
使用功率半导体的逆变器（Inverter）之类的功率电子设备（Power Electronics）都是由晶体管和二极管构成的。
用氧化镓二极管只可以制造N型“肖特基二极管”（Schottky Barrier Diode,缩写成SBD），晶体管却无论如何都需要P型和N型。
因此，业界认为用氧化镓仅仅可以制作“肖特基二极管”。当然，这样可以达到节能的效果，只是没有充分发挥氧化镓的全部性能。FLOSFIA通过使用氧化铱也成功制成了P型层，并做成了氧化镓晶体管。因此，为实现功率电子设备采用氧化镓，而做了技术上的准备。
真正厉害的是低成本
无论碳化硅还是氮化镓都存在技术上的问题，但是最大的问题还是成本。因此二者通常活跃于铁路、高级服务器的电源、人工卫星等“不问成本”的领域。
但是，在对成本要求严格的混合动力汽车、“廉价化”的家电等数码机器方面，碳化硅和氮化镓即使性能卓越，制造商也难以接受其价格。
成本问题一直都是新技术面临的一堵墙，即使不会新技术，但凡制造业的人员每天都在头疼、甚至“胃痛”的最大敌人。
FLOSFIA公司的厉害之处，恰恰是克服了这一阻碍新技术发展的、高成本这一问题。碳化硅和氮化镓成本高的原因在于其从密度较小的气体通过结晶的方法获得。密度越小，做的东西越少，花费的时间也越多。 硅之所比较便宜是因为它是从溶化的液态硅通过结晶制成。但是，硅的结晶虽然比碳化硅和氮化镓便宜，与一般的工业材料相比，还是比较贵的。理由在于，硅的熔点高达1,500度、纯度管理条件苛刻、需要严格管理的洁净环境。如果可以从液态直接获得，而且不需要高温、超洁净的环境的话，价格应该会降下来。
FLOSFIA公司的“喷雾干燥法”（Mist Dry）就是这样的制造方式。
“喷雾干燥法”是先将氧化镓溶解于某种“秘密溶液”里，然后将溶液以雾状喷在蓝宝石基板（和氧化镓具有类似的结晶结构）上，并做成结晶。
在蓝宝石基板上的溶液干燥之前，就形成了氧化镓结晶。
这种溶液，常温下是液体，蒸发温度根本不需要1,500度，几百度就够了，而且制作结晶的环境就是常温空气中。没有任何的高成本的环节。如果考虑要做小尺寸的话，有望可以制造出和硅同样价格、比硅性能更好的半导体。
FLOSFIA公司在蓝宝石基板上做成的氧化镓
已经获得业界的好评
由氧化镓制造的半导体不仅在性能上优越于碳化硅、氮化镓，而且仅需和硅一样的成本就可以制得。
当今，碳化硅、氮化镓的半导体正处于开发竞争的鼎盛时期，这一技术的上场，很可能就立即把它们淘汰，技术的竞争非常可怕！
当然，氧化镓半导体开发还要经过一段时间，今后也有必要进行实际产品量产的开发工作。
碳化硅和氮化镓不会被从业界中踢走，从事碳化硅和氮化镓的技术人员暂时也可以放心。
但是，世界范围内大致分为：大电流功率半导体使用碳化硅、家电程度的功率半导体使用氮化硅，这两个方向，未来的功率半导体业界应该不会安定吧。将来某一时刻，氧化镓半导体肯定会普及的。
FLOSFIA虽是一家小公司，却已被评价为很有潜力，因为性能优秀的氧化镓半导体可以实现低成本制造，如果通过了业界或者技术的普及，应该很容易感受到其价值吧。
这种可能性是不容忽视的，三菱重工和电装等大企业已经联名投资，而且已经和电装合作开发用于车载的零部件。
从投资者的视角看便知道氧化镓半导体的潜力，将来会用于混合动力汽车、高铁等的驱动，家电和数码产品也会大量使用吧。
“只要有电的地方就离不开氧化镓半导体”—这样的时代应该就在不远的将来。
来源：Japan Business Press
编译：Sammy
编辑：Susie，Ann
更多商务合作，欢迎与小编联络！
扫码请备注：姓名+公司+职位
我是CINNO最强小编, 恭候您多时啦！
相关阅读