8月29日消息,据中国知识产权报报道,作为近年新兴的技术,第三代半导体主要聚焦于碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体新材料领域的突破性技术发展以及新材料器件研发。据了解,20世纪初出现第三代半导体相关专利申请,大约在2000年以后,相关专利申请开始进入快速增长阶段。美国早期领衔全球专利增长,2010年前后我国的申请量首次超过美国。美国、日本、中国、韩国、德国等国家或地区相关专利申请量增长较快。


第三代半导体相关专利申请快速增长,中国申请量已超美国-贤集网电子专题


截至2018年9月30日,第三代半导体产业专利总量约为8.751万件。碳化硅、氮化镓、其他金属氧化物三种主要材料申请数量较为接近;其中碳化硅材料功率半导体和器件工艺较为热门,氮化镓材料外延生长和光电子比重较大。


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具体来看,氮化镓具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场、较高热导率、耐腐蚀以及抗辐射等优点,又与现有硅半导体工艺兼容性强,在降低成本方面显示更大的潜力。


在氮化物同质衬底技术方面,三菱公司提出改进品质和厚度的GaN单晶制造法(公开号:JPH07165498A)和具有低位错密度的氮化镓族晶体基底部及用途;LG公司则优化了快速形成单晶GaN半导体衬底的方法(公开号:KR1019990001289A);住友公司利用磨削将在表面上具有C面的氮化物半导体衬底的表面加工为面粗糙度Rms5nm——200nm(公开号:JP2005112641A);索尼公司改进了蓝宝石衬底蚀刻方法(公开号:JPH1145892A)。


在氮化镓器件结构方面,日亚化学在氮化镓基化合物半导体表面设置缓冲层以提高结晶度(公开号:JPH04297023A);NEC公司使氮化镓晶体薄膜具有形成条纹的掩模图案(公开号:JP2000349338A);科锐公司提出在天然氮化物晶种上由III——V族氮化物刚玉(坯料)高速气相生长形成刚玉,可以得到用于制作微电子器件结构的晶片(公开号:WO0168955A1);科锐公司提出含有AlxGayInzN的高质量晶片在于均方根表面粗糙度小于1nm(公开号:WO02101121A1);住友公司提出包括低位错单晶区(Z)、C面生长区(Y)、庞大缺陷积聚区(H)和0.1/cm2至10/cm2的c轴粗大核区(F)低变形的氮化镓晶体衬底(公开号:JP2003165799A)以及一种低缺陷晶体区和缺陷集中区从主表面延伸到位于主表面的反向侧的后表面、面方向相对于主表面的法线矢量在偏斜角方向上倾斜的GaN衬底(公开号:JP2009152511A);通用公司提出一种直径至少约2.75毫米、位错密度低于约104cm-1并基本不含倾斜晶界的GaN单晶(公开号:WO2004061923A1)。


在氮化镓器件制备设备技术上,波士顿大学设计一种通过外部磁铁和/或出口孔径控制原子氮物质和离子氮物质的量达到衬底外延生长系统(公开号:WO9622408A2);理光公司改进了一种制造块状晶体的GaN单晶衬底的碱反应容器(公开号:JP2001058900A);大阪产业振兴机构使用将含氮气体通入反应器中由此使得在熔剂中的第III族元素和氮互相反应的、高产量地制备高质量的、大的和整块第III族元素氮化物单晶的设备(公开号:WO2004083498A1)。


在氮化镓外延生长方面,基于同质衬底生长,三星公司提出一种以高生长速率生长高质量氮化镓(GaN)膜的方法(公开号:KR1020000055374A);住友公司提出气相成长的成长表面(C面)不是平面状态而形成具有三维的小面结构单晶体GaN的结晶成长方法(公开号:JP2001102307A);住友公司提出一种可以收取氧作为n型掺杂剂的氮化镓单晶的成长方法(公开号:JP2002373864A);法国国家科学研究中心提出通过在牺牲层上的异质外延制造包含Ⅲ氮化物的自承基材的方法(公开号:WO2005031045A2)。


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基于异质衬底生长,北卡罗莱纳州立大学提出氮化镓层在蓝宝石基体上的悬挂外延生长(公开号:WO0137327A1);NEC和日立公司提出一种具有缺陷密度低、弯曲小的Ⅲ族氮化物半导体衬底的制造方法(公开号:JP2003178984A);加州大学和独立行政法人科学技术振兴机构提出用于在斜切尖晶石衬底上生长平坦半极性氮化物薄膜的方法(公开号:JP2005522888A);应用材料公司提出具有高晶格失配的材料的异质外延生长(公开号:WO2015167682A1)。


横向生长技术上,丰田公司提出在底衬底上形成多个突起部并利用晶体横向生长的习性生长半导体晶体层(公开号:WO02064864A1);三星公司提出先在GaN衬底上形成凹凸部分,然后以快致横向生长的GaN薄膜覆盖垂直生长的GaN薄膜,在GaN衬底上形成GaN薄膜的方法(公开号:KR1020020080743A)。


在气相沉积的改进方面,技术与设备国际公司提出一种改性HVPE方法用于达到低缺陷密度(公开号:WO03006719A1);应用材料公司提出利用MOCVD及HVPE抑制在III-V氮化物薄膜生长中的寄生微粒(公开号:US20070259502A1)以及通过混合气相外延工艺形成III-V族材料的方法(公开号:WO2009046261A1);加州大学提出使用有机金属化学气相沉积来生长诸如m–平面氮化镓(GaN)磊晶层之平面、非极性m–平面III–氮化物材料的方法(公开号:WO2006130622A2)以及利用MOCVD生长的GaN薄膜平滑、高品质薄膜的异质磊晶生长方法(公开号:WO2008060349A2)和先使用MOCVD进行第一生长,再使用不同生长方法进行再生长的制造氮化物半导体器件的方法(公开号:WO2017011387);三菱公司提出利用HVPE制造具有较高热传导率之GaN系材料的方法(公开号:WO2007119319A1);东京电子提出用于使薄膜选择性地沉积在露出有绝缘膜和导电膜的基底上的选择性沉积方法(公开号:JP2018170409A)。


当然,产业繁荣也离不开政府的资助与扶持,自1987年美国政府以年预算补贴10亿美元资助14家美国半导体企业组成Sematech联盟以来,美国政府始终不遗余力地增加对半导体、人工智能等新兴技术及产业的投入,以期开创下一个十年乃至百年的领先。


根据美国国家“电子复兴计划”(ERI)已公开的一部分内容显示,整个项目资金已经达到22.5亿美元,将专注于开发用于电子设备的新材料、将电子设备集成到复杂电路中的新体系结构以及进行软硬件设计上的创新。


文章来源:集微网

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