日本東北大學衍生新創公司FOX、C&A以及東北大學、三重大學組成的研究團隊,成功利用自主開發的冷坩堝氧化物(Oxide Crystal growth from Cold Crucible; OCCC)結晶生長法製作出直徑3.5吋的氧化鎵(Ga₂O₃)單晶。此項技術無須使用昂貴的銥(Ir)坩堝與加熱元件,可望大幅降低製造成本並提升結晶品質,促進氧化鎵功率半導體的商業化。
氧化鎵因具有超寬能隙特性,相較矽(Si)可望提升約3,400倍、相較碳化矽(SiC)約10倍的節能效益,且結晶生長速度為SiC的10~100倍,被視為新一代功率半導體關鍵材料。然而,傳統製程高度依賴銥坩堝,成本高且不利於大尺寸、高品質結晶製作。
此次開發的OCCC法利用高頻電磁場直接加熱熔融原料,並由原料形成的固化層保護熔液,取代傳統坩堝。研究團隊同時也開發了大容量結晶生長設備與結合振盪器訊號與結晶重量的自動直徑控制軟體,成功由小尺寸晶種生長出3.5吋氧化鎵單晶。三重大學再利用同步輻射X光拓樸分析(Synchrotron X-ray Topography)評估結晶品質與差排分布,以作為後續結晶生長條件最佳化的依據。
今後FOX將持續推動OCCC技術的高品質化、大口徑化及穩定量產,並與國內外研究機構與元件製造商合作,加速氧化鎵功率元件實用化;C&A則將推動結晶生長設備的商品化,期供應研究機構與半導體產業使用。