日本名古屋大學研究團隊宣布，在新一代半導體氧化鎵（Ga₂O₃）研究上取得關鍵突破，成功透過新技術製作出製作出 p 型層，首次邁過長期困擾學界的瓶頸。
這項論文發表於 Journal of Applied Physics，那麼，什麼是氧化鎵呢？它是一種寬能隙半導體材料，能承受比矽（Si）更高的電壓，並具備更高效率。其應用潛力包括電動車電力系統、再生能源電網與伺服器電源轉換等高功率裝置，能讓這些系統更加省電、耐用，並降低散熱需求。另外，相較於第三代半導體碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN），氧化鎵更容易長出大尺寸單晶，因此具有成本優勢。
然而，氧化鎵過去的瓶頸在於僅能穩定製作 n 型層，無法形成 p 型層，導致二極體等關鍵元件無法真正應用。簡單來說，n 型層就像是一群「送貨卡車」，裡面裝滿了電子；p 型層則像是一排「空的倉庫」，來接收電子。但由於無法讓卡車與倉庫結合，電流就無法順利流動。
本次研究中，團隊採用鎳（Ni）離子植入，搭配「低溫氧電漿處理」與「高溫氧氣退火」的雙階段製程，成功在氧化鎵中形成結晶化的 p 型層，並製作出功能性二極體（functional diode）。雖然性能較以往大幅提升，但目前製得的 p 型層電阻率仍偏高，導電效率還須改進。
▲ 鎳離子植入後，再經低溫電漿處理與高溫退火，成功生成穩定的 p 型層。（Source：名古屋大學）
儘管如此，這項研究已證明氧化鎵能突破長期的技術限制。若未來能持續改善導電效率，氧化鎵將可在電動車、再生能源與資料中心等高能耗產業中發揮關鍵作用，帶來更高能源效率與更低運行成本。
（首圖來源：Ferdinand Braun Institut）
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