成功在矽基板上沉積金紅石型二氧化鍺(r-GeO₂)單晶薄膜

2026/05/13

Patentix株式會社

Patentix株式會社（以下簡稱「本公司」）與株式會社JTEKT THERMO-SYSTEM共同開發並製造了6英寸兼容的新型薄膜沉積設備，成功在矽基板上沉積了下一代功率半導體材料金紅石型二氧化鍺(r-GeO₂)的單晶薄膜。

背景

金紅石型二氧化鍺（r-GeO₂）是一種下一代功率半導體材料，其帶隙（4.68eV）大於碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN），預計將能降低電力轉換過程中的能量損耗。

為實現r-GeO₂功率器件的實際應用，必須實現與功率器件生產線兼容的6英寸以上大口徑r-GeO₂基板。本公司一直在推進薄膜沉積技術的研發，包括開發適用於r-GeO₂沉積的獨特沉積方法PhantomSVD法，並實現了在r-TiO₂基板整個表面上沉積單晶r-GeO₂薄膜。本公司曾在2025年7月的記者會上宣布成功在Si基板上製造r-GeO₂薄膜，而此次則成功沉積了功率器件應用不可或缺的r-GeO₂單晶薄膜。

成果

在上次的發布中，本公司確立了在Si基板上沉積r-GeO₂的「基礎技術」。然而，為實現功率器件在關閉狀態下承受高電壓而不被破壞、且無漏電流的特性，必須使用原子規律排列的單晶r-GeO₂薄膜來製造器件。

此次，本公司與株式會社JTEKT THERMO-SYSTEM共同製造了一款兼容6英寸基板的新型薄膜沉積設備，該設備採用本公司自主開發的沉積方法（命名為「煙囪法」）。透過使用製造的「煙囪法」沉積設備，本公司成功地在與r-GeO₂晶體結構和晶格常數差異很大的Si基板上沉積了r-GeO₂單晶薄膜。

如圖所示，透過電子背散射繞射（EBSD）法進行分析後證實，沉積在Si基板上的r-GeO₂薄膜整體具有相同的晶體取向，即成功實現了Si基板上單晶r-GeO₂薄膜的異質外延生長。

EBSD分析結果

1. **晶體取向一致性**： 確認薄膜整體晶軸高度對齊，不存在多晶結構中常見的晶界。 2. **高反極圖（IPF）映射精度**： 在整個測量區域顯示均勻的色調，表明晶體品質高。

本公司採用導電緩衝層技術，以實現在晶體結構差異顯著的Si基板上沉積r-GeO₂晶體薄膜。預計透過採用導電緩衝層，可以輕鬆實現功率器件中常見的垂直器件結構。

透過結合適用於垂直器件的導電緩衝層技術以及迄今累積的r-GeO₂沉積技術，本公司旨在實現「GeO₂ on Si基板」，並推動下一代半導體基板材料的社會應用，以期兼顧低製造成本和高性能垂直功率器件。

未來展望

為實現早期市場投放，Patentix株式會社計畫利用此次單晶r-GeO₂沉積技術，試製適用於功率器件生產線的6英寸大口徑r-GeO₂基板。此外，本公司將推進r-GeO₂單晶薄膜的高品質化，並利用GeO₂ on Si基板推進全垂直肖特基二極體（SBD）和場效電晶體（FET）的試製與評估。

以上