美国最新制裁，开始预判中国芯片未来？下一代半导体之王惨遭制裁

　　美国对材料的半导体基片实施出口管制，以此来约束国内半导体材料发展，而日本在其商业化方面处于领先地位
　　氧化镓（GaO）——性能远超氮化镓的下一代半导体材料新星
　　美国政府在针对中国的最新举措中，最近又对一种最早由日本开发的下一代半导体材料实施了出口管制——氧化镓（GaO）。
　　在8月12日，美国商务部工业和安全局(BIS)发布了一项最新裁决，将氧化镓（GaO）半导体基片——确定为＂对美国国家安全至关重要的＂的＂新兴和基础＂技术，这是美国全面实施衍生技术制裁的一部分。
　　氧化镓（GaO）——是21世纪最有潜力的半导体材料之一，主要用于制造电动汽车、电子产品和军事等应用中的超高效功率器件。值得一提的是，美国国防部(US Department of Defense)是该领域领先美国公司的主要投资者之一。
　　正如参与氧化镓（GaO）商业化的日本公司大阳日酸株式会社（Taiyo Nippon Sanso）所解释的那样：＂从理论层面分析，氮化镓作为功率器件的性能远远优于硅，也超过了碳化硅和氮化镓，使其成为下一种最为优秀的半导体材料。＂
　　市场前景分析：氧化镓应用，目前日本处于领先地位
　　功率半导体通过将电力从交流（AC）转换为直流(DC)，并将电压调整到合适的数值，以此来供应和控制用于运行电机和供电池充电的电力。目前使用的大多数半导体材料是由硅、碳化硅和氮化镓制成的。氧化镓（GaO）目前才刚从研发阶段进入最初的商业应用阶段。
　　美国、日本、欧洲、韩国、中国大陆和中国台湾都正在开发氧化镓（GaO）晶圆和器件。在美国政府就氧化镓对氧化镓的国家安全影响敲响警钟初期时，日本就已经引领其商业化进程。
　　氧化镓领先企业：三足鼎立
　　三家公司作为氧化镓基片、晶圆和器件的开发商和制造商脱颖而出，分别是：美国的凯马科技（Kyma）、日本京都大学的FLOSFIA和日本初创企业Novel Crystal。接下来，让我们来看看这些材料的早期领跑者的基本情况。
　　领先技术企业之一：美国凯马科技（Kyma）公司
　　美国凯马（Kyma）科技公司成立于1998年，是北卡罗来纳州立大学的一个衍生公司，位于美国北卡罗来纳州的三角研究区，总部在罗利市。其业务重点是用于特种照明、激光二极管和电力电子的宽带隙半导体。
　　该公司生产氮化镓（GaN）、氮化铝、氧化镓（GaO）和其他类型的半导体基片、外延晶片和器件、气相沉积等晶体生长系统，同时提供设计、制造和其他工程服务。它在2016年将氧化镓加入其产品线。
　　氧化镓具有巨大的商业潜力
　　凯马（Kyma）科技公司的网站上介绍了一个一英寸的氧化镓（GaO）基片，其拥有五种氮化镓和氮化铝晶片产品和氮化镓开关。该公司在美国、中国大陆、欧洲、日本、韩国和中国台湾等地方均有销售和技术服务分部。
　　值得注意的是，该公司的股东包括风险投资基金以及美国国防部。
　　领先技术企业之二：日本京都大学的FLOSFIA公司
　　日本FLOSFIA公司成立于2011年，其作为京都大学的一家衍生公司，其专门使用自家的雾状化学气相沉积(CVD)技术制造氧化镓（GaO）半导体器件。该公司声称已经实现了世界上第一个氧化镓电源装置的大规模生产，并生产了世界上效率最高(功耗最低)的氧化镓（GaO）二极管(半导体开关)。
　　在实现了功率器件的商业化之后，FLOSFIA公司现在计划开始向汽车行业量产进军，生产外包给日本半导体制造商。
　　FLOSFIA公司的股东包括京都大学KYOTO-iCAP资本、东京大学UTEC 资本和其他投资基金，以及日本私营企业，包括兄弟工业株式会社（BRTHY,主营电子设备）、安川电机株式会社（Yasukawa，主营电机和工业机器人）、三菱重工株式会社（MHI，主营电气和工业机械）、电装株式会（DENSO，主营汽车和工业零部件和设备以及半导体；其与丰田有紧密合作）和富士见（Fujimi  ，主营用于生产半导体和其他电子设备的磨料和其他材料和设备）。
　　FLOSFIA公司和电装株式会目前正在合作开发 一种＂全新一代＂功率半导体器件，有望减少电动汽车（EV）中使用的逆变器的能量损失、成本、尺寸和重量，以此提高电动车电源控制单元的效率。其他株式会股东很有可能为该产品找到了相应的用途。
　　领先技术企业之三：新晶科技（Novel Crystal）公司
　　新晶科技公司（Novel Crystal）是从日本电子元件、化学品和设备制造商田村电子株式会社独立出来的子公司。田村株式会社声称在2013年生产了世界上第一个氧化镓（GaO）晶体管，为创新的下一代半导体电源器件的实际应用开辟了道路。
　　但是，其实第一个这样的晶体管是由日本国家信息和通信技术研究所(NICT)的研究人员东垣·正孝（Masataka Higashiwaki）在前一年开发出来的。2015年，新晶科技公司（Novel Crystal）与NICT合作成立。同时，新晶科技公司（Novel Crystal）还与大阳日酸株式会社(Taiyo Nippon Sanso)、东京农业技术大学和日本新能源和工业技术组织(NEDO)合作。NICT是NEDO实施的 ＂中小企业促进项目 ＂中的一个 ＂桥接研究机构＂，这是一个 ＂补贴项目＂。
　　2021年12月，经过四年的工作，NEDO和新晶科技公司（Novel Crystal）宣布开发氧化镓二极管，他们将可以制造出价格更低、性能更强的电子产品，并誓言可以实现更高效和小型化的电子产品——如光伏发电的功率转换器、工业用通用逆变器和电源供应。此外，该公司计划在2023年下半年接受量产代工订单，并开始销售。
　　新晶科技公司（Novel Crystal）在其网站上展示了用于研发的2英寸和4寸的氧化镓（GaO）晶圆。这些产品销往日本、美国、欧洲、韩国和中国的客户，其中约30%在日本国内市场销售，其余70%运往海外。
　　用于研发的2英寸氧化镓晶圆。
　　新晶科技公司（Novel Crystal）的股东包括日本公司AGC玻璃公司、Hazama Ando建筑公司、JX日矿日石金属株式会社、罗姆半导体集团、新电元工业株式会社（Shindengen，主营功率半导体和相关设备）、特瑞仕半导体公司（TOREX)、安川电机株式会社（Yasukawa）、岩谷资本和田村株式会社。
　　JX日矿日石金属株式会社正在进一步扩大投资新晶科技公司（Novel Crystal），作为其长期计划的一部分，以扩大其在有助于脱碳的新材料方面的业务。这两家公司合作开发用于氧化镓功率器件的原材料。
　　大阳日酸株式会社是一家生产工业气体和相关设备的日本生产商。其新的战略业务包括用于化合物半导体制造、碳纳米管和生物技术的金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统。它与NEDO和新晶科技公司（Novel Crystal）合作，开发氧化镓外延片的大规模生产系统。
　　中国的氧化镓（GaO）研发，目前情况又如何？
　　那么，在中国国内，氧化镓（GaO）研发情况又是怎样呢？阿特科姆（Atecom）科技公司是一家台湾的硅锭和硅片的制造商和销售商，也经营氧化镓（GaO）。在中国国内，厦门博威先进材料有限公司（PAM-XIAMEN）正处于开发该技术的早期阶段。就目前而言，残酷的现实是——这两家公司都处于实验室研发阶段，似乎无法对目前处于领先地位的日本和美国企业构成竞争威胁。
　　通常情况下，日本企业会在开发研发项目（例如氧化镓）方面投入了巨大的公共和私人资源，并很有可能最大限度地利用其工业潜力。即使在美国没有正式的出口管制的情况下，他们也极不可能向中国提供技术机密。
　　对于美国来说，日本企业的这种努力规模似乎使美国凯马（Kyma）科技公司处于劣势，但其技术仍具有可比性。而且，美国政府也很擅长让他国直接从国家层面来支持美国本土科技产业的复兴，并且从中受益。如果有任何参与者极为担心被甩在后面，那就是我们中国——当然，这也是美国商务部实行出口管制的目的所在。
　　虽然现在我们还无法知晓美国凯马（Kyma）科技公司的详细内部消息，毕竟他们与美国军方的合作仍然处于保密状态；日本军方也开始对本土的氧化镓（GaO）技术做壁垒防护。那我们初步看看美国凯马（Kyma）科技公司网站上的常见问题页面，可以对他们的应用方向有个大致了解。
　　氧化镓（GaO）技术的未来前景将会如何？
　　氧化镓（GaO），特别是它的β-形式的氧化镓(β-Ga2O3)，是一种极为革新的超宽带隙半导体（UWBGS）材料，因为它具有复合型的优异物理特性，在一些高速电子和电力电子应用中可转化为非常高的品质因数（代表性能或效率的数字表达）。
　　氧化镓在其β形态（β-Ga2O3）中的带隙为4.5eV，美国的凯马科技（Kyma）、日本京都大学的FLOSFIA和日本初创企业Novel Crystal都主要集中于该形态的技术应用。相比之下，硅（Si）的带隙为1.1eV，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的 ＂宽 ＂带隙分别为3.3eV和3.4eV。一般情况下，带隙越高，功率器件的效率就越高。
　　这正如《电子设计》教材里电源管理章节中解释的那样：
　　宽带隙（WBG）半导体材料允许更小、更快、更可靠的电子元器件，并且比硅基材料具有更高的效率。这些优异性能使电子元器件可以大幅减少重量、体积和生命周期成本。利用这些优点可以大幅节约工业生产和消费电器的电力消耗，加速电动汽车和燃料电池的广泛使用，并帮助将可再生能源并入到电网中。
　　碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）是目前最广泛使用的宽带隙半导体。超宽带隙半导体的带隙远大于氮化镓（GaN）。除了氧化镓（GaN）之外，该公司还在研究氮化铝和金刚石。
　　虽然氧化镓（GaN）并非在所有方面都占优势，但它的优点也极为突出：相对简便的工艺流程，更加低廉的制造成本。在未来几年里，氧化镓（GaN）应该会在进功率器件市场上取得进展，一旦实现一定的规模经济，最终可能会对电动汽车做出重大推进。
　　撰写：GolevkaTech
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