使用氧化鎵的二極管（Diode），外觀看起來(lái)不過(guò)是普通的半導(dǎo)體，卻以劃時(shí)代的較低成本實(shí)現(xiàn)了性能超越。

現(xiàn)在，在執(zhí)行功率控制半導(dǎo)體（功率半導(dǎo)體，Power Semiconductor）的領(lǐng)域里，已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)使用碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）作為半導(dǎo)體材料而不是使用硅材料，并且取得了成果。

例如，鐵路車(chē)輛方面，把原本采用硅制功率半導(dǎo)體的變流器更改為使用碳化硅的變流器，可以產(chǎn)生最大節(jié)能40%的劃時(shí)代效果。

如果去半導(dǎo)體相關(guān)的展會(huì)的話，就可以看到應(yīng)用碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)、碳化硅功率半導(dǎo)體的實(shí)例。

在業(yè)界，正努力致力于開(kāi)發(fā)碳化硅、氮化鎵的半導(dǎo)體，而且應(yīng)用在身邊的實(shí)例越來(lái)越多，例如被日本山手線新型列車(chē)采用。

未來(lái)，這些新型半導(dǎo)體將在電動(dòng)汽車(chē)（EV）、家用電器等市場(chǎng)普及，并且預(yù)計(jì)將促進(jìn)節(jié)能環(huán)保及家用電器的小型化，前景可觀。

然而，卻有企業(yè)開(kāi)發(fā)了一種“可怕”的技術(shù)，它有可能打破由碳化硅、氮化鎵實(shí)現(xiàn)的新型半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)成果。

它就是京都大學(xué)的首家風(fēng)險(xiǎn)投資企業(yè)——FLOSFIA株式會(huì)社。一直以來(lái)開(kāi)發(fā)碳化硅和氮化鎵材料的人們甚至擔(dān)心他們會(huì)遇到厲害的對(duì)手。FLOSFIA公司開(kāi)發(fā)出了一種廉價(jià)制造氧化鎵晶體的方法，這項(xiàng)技術(shù)是不是厲害到可以“消滅”碳化硅和氮化鎵的最新成果呢？

氧化鎵絕對(duì)高的性能

首先，氧化鎵作為半導(dǎo)體具有極佳的性能。

作為半導(dǎo)體材料，碳化硅和氮化鎵優(yōu)于硅，因此實(shí)現(xiàn)了突破性的技能效果，但是，氧化鎵的物理性質(zhì)又“打敗”了碳化硅和氮化鎵。

通常用“Baliga性能指數(shù)”來(lái)表示半導(dǎo)體材料對(duì)硅的性能數(shù)值，硅是1，達(dá)到超過(guò)硅的節(jié)能效果的碳化硅為340，氮化鎵為870。

相比之下，氧化鎵的“Baliga性能指數(shù)”居然達(dá)到了3,444！它是硅的3,400倍！即使和已經(jīng)達(dá)到卓越節(jié)能效果的碳化硅相比，也是它的大約10倍！氧化鎵的卓越性能絕對(duì)是無(wú)可爭(zhēng)議的！

如果是相同性能的元件，可以達(dá)到損耗小、絕對(duì)節(jié)能的效果，尺寸也可以做到極小。比方說(shuō)，F(xiàn)LOSFIA已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了一種二極管，與碳化硅相比，其電阻降低了86%；從FLOSFIA網(wǎng)站上公布的尺寸比較來(lái)看，其面積幾乎是硅的1/100。

克服缺點(diǎn)，以氧化鎵半導(dǎo)體為目標(biāo)

然而，氧化鎵也有其缺點(diǎn)，用氧化鎵無(wú)法制造P型半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，存在故意缺乏電子的P型半導(dǎo)體和故意使電子空閑的N型半導(dǎo)體。

使用功率半導(dǎo)體的逆變器（Inverter）之類的功率電子設(shè)備（Power Electronics）都是由晶體管和二極管構(gòu)成的。

用氧化鎵二極管只可以制造N型“肖特基二極管”（SchottkyBarrierDiode,縮寫(xiě)成SBD），晶體管卻無(wú)論如何都需要P型和N型。

因此，業(yè)界認(rèn)為用氧化鎵僅僅可以制作“肖特基二極管”。當(dāng)然，這樣可以達(dá)到節(jié)能的效果，只是沒(méi)有充分發(fā)揮氧化鎵的全部性能。FLOSFIA通過(guò)使用氧化銥也成功制成了P型層，并做成了氧化鎵晶體管。因此，為實(shí)現(xiàn)功率電子設(shè)備采用氧化鎵，而做了技術(shù)上的準(zhǔn)備。

真正厲害的是低成本

無(wú)論碳化硅還是氮化鎵都存在技術(shù)上的問(wèn)題，但是最大的問(wèn)題還是成本。因此二者通?；钴S于鐵路、高級(jí)服務(wù)器的電源、人工衛(wèi)星等“不問(wèn)成本”的領(lǐng)域。

但是，在對(duì)成本要求嚴(yán)格的混合動(dòng)力汽車(chē)、“廉價(jià)化”的家電等數(shù)碼機(jī)器方面，碳化硅和氮化鎵即使性能卓越，制造商也難以接受其價(jià)格。

成本問(wèn)題一直都是新技術(shù)面臨的一堵墻，即使不會(huì)新技術(shù)，但凡制造業(yè)的人員每天都在頭疼、甚至“胃痛”的最大敵人。

FLOSFIA公司的厲害之處，恰恰是克服了這一阻礙新技術(shù)發(fā)展的、高成本這一問(wèn)題。碳化硅和氮化鎵成本高的原因在于其從密度較小的氣體通過(guò)結(jié)晶的方法獲得。密度越小，做的東西越少，花費(fèi)的時(shí)間也越多。硅之所比較便宜是因?yàn)樗菑娜芑囊簯B(tài)硅通過(guò)結(jié)晶制成。但是，硅的結(jié)晶雖然比碳化硅和氮化鎵便宜，與一般的工業(yè)材料相比，還是比較貴的。理由在于，硅的熔點(diǎn)高達(dá)1,500度、純度管理?xiàng)l件苛刻、需要嚴(yán)格管理的潔凈環(huán)境。如果可以從液態(tài)直接獲得，而且不需要高溫、超潔凈的環(huán)境的話，價(jià)格應(yīng)該會(huì)降下來(lái)。

FLOSFIA公司的“噴霧干燥法”（Mist Dry）就是這樣的制造方式。

“噴霧干燥法”是先將氧化鎵溶解于某種“秘密溶液”里，然后將溶液以霧狀噴在藍(lán)寶石基板（和氧化鎵具有類似的結(jié)晶結(jié)構(gòu)）上，并做成結(jié)晶。

在藍(lán)寶石基板上的溶液干燥之前，就形成了氧化鎵結(jié)晶。

這種溶液，常溫下是液體，蒸發(fā)溫度根本不需要1,500度，幾百度就夠了，而且制作結(jié)晶的環(huán)境就是常溫空氣中。沒(méi)有任何的高成本的環(huán)節(jié)。如果考慮要做小尺寸的話，有望可以制造出和硅同樣價(jià)格、比硅性能更好的半導(dǎo)體。

FLOSFIA公司在藍(lán)寶石基板上做成的氧化鎵

已經(jīng)獲得業(yè)界的好評(píng)

由氧化鎵制造的半導(dǎo)體不僅在性能上優(yōu)越于碳化硅、氮化鎵，而且僅需和硅一樣的成本就可以制得。

當(dāng)今，碳化硅、氮化鎵的半導(dǎo)體正處于開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)的鼎盛時(shí)期，這一技術(shù)的上場(chǎng)，很可能就立即把它們淘汰，技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)非?？膳拢?/p>

當(dāng)然，氧化鎵半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)還要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，今后也有必要進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品量產(chǎn)的開(kāi)發(fā)工作。

碳化硅和氮化鎵不會(huì)被從業(yè)界中踢走，從事碳化硅和氮化鎵的技術(shù)人員暫時(shí)也可以放心。

但是，世界范圍內(nèi)大致分為：大電流功率半導(dǎo)體使用碳化硅、家電程度的功率半導(dǎo)體使用氮化硅，這兩個(gè)方向，未來(lái)的功率半導(dǎo)體業(yè)界應(yīng)該不會(huì)安定吧。將來(lái)某一時(shí)刻，氧化鎵半導(dǎo)體肯定會(huì)普及的。

FLOSFIA雖是一家小公司，卻已被評(píng)價(jià)為很有潛力，因?yàn)樾阅軆?yōu)秀的氧化鎵半導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)低成本制造，如果通過(guò)了業(yè)界或者技術(shù)的普及，應(yīng)該很容易感受到其價(jià)值吧。

這種可能性是不容忽視的，三菱重工和電裝等大企業(yè)已經(jīng)聯(lián)名投資，而且已經(jīng)和電裝合作開(kāi)發(fā)用于車(chē)載的零部件。

從投資者的視角看便知道氧化鎵半導(dǎo)體的潛力，將來(lái)會(huì)用于混合動(dòng)力汽車(chē)、高鐵等的驅(qū)動(dòng)，家電和數(shù)碼產(chǎn)品也會(huì)大量使用吧。

“只要有電的地方就離不開(kāi)氧化鎵半導(dǎo)體”—這樣的時(shí)代應(yīng)該就在不遠(yuǎn)的將來(lái)。