芯片材料是绕开光刻机的一种重要途径，这方面其实美国也在做，美国一家新创企业就尝试将碳纳米管注入芯片中，由此以90纳米工艺生产的芯片性能却比7纳米硅基芯片还要强50倍，而功耗却更低。
除了碳基芯片之外，全球芯片行业还在研发的芯片还有光芯片、量子芯片等，这些方面其实中国也在推进，中国已筹建了全球第一条光子芯片、量子芯片生产线，加速这些先进芯片技术的发展。
第四代芯片材料
此外其实还有第三代、第四代芯片材料等，在第三代芯片材料方面中国在氮化镓等方面已基本与海外保持同步，氮化镓芯片已广泛应用于LED、汽车芯片、充电器等行业，在第三代芯片材料方面取得进展之后，全球芯片行业如今开始瞄准第四代芯片材料。
第四代芯片材料之一就是氧化镓，氧化镓具有更低的导通电阻、击穿电场强度等特性，在太阳能、汽车芯片等行业又广泛应用，对中国芯片来说更重要的是绕开EUV光刻机的限制，打破摩尔定律，开辟芯片技术新道路。
在氧化镓芯片材料研发方面，中国已与美国、日本等展开较量，依托于雄厚的芯片技术实力，美国无疑在氧化镓材料方面居于领先地位，正是由于它所拥有的技术优势，美国商务部在2022年发布一项新规，对包括氧化镓在内的四种技术实现出口管制，针对的无疑就是中国芯片。
美国还拉拢了日本，日本在氧化镓方面也具有很强的技术优势，日本在全球最先实现了6英寸的氧化镓晶圆的制备。日本其实在芯片材料方面一直都有很强的实力，日本至今仍然占有硅晶圆市场六成的市场份额，台积电这家全球最大的芯片代工厂都要从日本进口硅晶圆，如此也就不奇怪日本在氧化镓晶圆方面取得领先优势了。
中国芯片行业当然不会被美国的做法阻挡，中国在芯片技术基础方面也有不小的积累，这得益于中国很早就建立自己的工业基础体系，这种体系在如今光刻机的发展中就有所体现，美国通过拉拢全球诸多经济体阻止对中国出口光刻机等芯片设备，中国却迅速发展起自己的芯片设备体系，就证明了这个实力。
在氧化镓材料研发方面，其实中国在全球也是居于前列，日前西安邮电大学就宣布研发成功8英寸氧化镓晶圆，如此一下子就超越了日本和美国，这意味着中国在第四代芯片材料方面已取得领先优势。
世界最强半导体——氧化镓
氮化镓的性能已是出类拔萃，但是它还不是最强的。世界最强半导体材料就目前的指标而言，是氧化镓。
氧化镓的禁带宽公开报道是4.9eV，砷化镓的禁带宽为1.6eV，氮化镓是3.36eV。另据报道，硅的禁带宽为1.1eV，如果干瘪的数字不好比较，那我们就打一个比方：假如4.9eV与3.36eV相差的是一英里的话，那么4.9eV与1.1eV的距离就是一个马拉松。
然而报道中的氧化镓4.9eV的禁带宽并不是它的实际数据，因为在当时实验室条件下还无法探测氧化镓禁带宽度边界。对于半导体材料禁带宽检测，一般在为15到20微米半导体材料上进行，由于氧化镓能力强，这么大的面积根本无法检测到边界，因此降至600纳米，探到的数值为近5eV，但据推算，当时实验内部可能达到8eV，而且这还不是它的边界。也就是说，在禁带宽度方面，氮化镓与氧化镓的距离有好几个马拉松。2017年时，美国空军研究实验室还展示了1千兆赫时，脉冲射频功率输出密度超过每毫米500毫瓦的情况，最大振荡频率接近20千兆赫。表明氧化镓的JFOM明显优于氮化镓。
美国2022年把氧化镓列入出口管制，当时他们看到的不是氧化镓的禁带宽度，而是氧化镓的耐高压。
与氮化镓历经20年才达到每厘米8兆伏不同，氧化镓第一次尝试内部电场峰值就至少达到了每厘米5.3兆伏。需要注意的是，它的数据也是在600纳米条件下实现的。
在实验中，氧化镓在使用过程中几乎没有能量损耗，而且好像一直于开启状态。这可能源于栅极-漏极间隙通常只有15到20微米，这让它的寄生电阻很小，小到可以忽略。2017年的时候，氧化镓的耐压试验已达600伏，这个电压，氮化镓用了二十多年。
但是想要做第四代中最强的半导体，单有禁带宽与耐高压是不够的。
氧化镓可以通过掺杂的方法，在氧化镓中加入电荷载流子，使其更具导电性。而且这个掺杂与硅材料掺杂有极大相似性。对于硅，可以使用离子注入法，然后退火处理，在晶体中掺杂磷（以添加自由电子）或硼（以减去自由电子），从而使电荷能够自由移动。对于氧化镓，可以用同样的方法在晶体中掺杂硅来添加电子。这个方法只有氧化镓能做，像其它的四代半导体金刚石等则会引起电荷卡死，提高不良率。
氧化镓还有一个特性是其它半导体材料不具备的。那就是它的晶棒也可以用硅材料生成化制造，这有利于大幅度降低氧化镓的生产成本。氧化镓目前有三种形态，分别是β、ε、α。其中β-氧化镓具备良好的热稳定性，因此可以使用大量的商业技术来制造，包括用于制造硅片的提拉法。也可以使用“边缘定义、薄膜馈电晶体生长”技术来生产β-氧化镓晶圆。甚至可以使用可高度扩展的垂直坩埚下降技术生长晶体。
氧化镓后面这两个特性很重要，这让它可借用各种各样的既有商业光刻和加工技术。这两点，其它半导体做不到，包括氮化镓。除碳化硅（SiC）以外，其他所有新兴宽带隙半导体必须生长在另一种材料盘中，比如氮化镓通常依靠复杂的工艺在硅、碳化硅、蓝宝石基底上生长，由于基底的晶体结构明显不同于氮化镓的晶体结构，这种差异会造成基底和氮化镓之间的“晶格失配”，从而产生大量缺陷。这样芯片的良率下降，而且生产成本也大幅上升。
据报道，近日，中国电科46所氧化镓团队聚焦多晶面、大尺寸、高掺杂、低缺陷等方向，生产出世界最大6英寸的氧化镓单晶体。这具有里程碑意义。因此在氧化镓良好性能的基础上，通过掺杂等工艺，并利用硅晶生成、光刻等现有工艺，让氧化镓不止在射频、大功率开关管上有作为的可能。
以上优点垫成了氧化镓是现有半导体材料中最强的。但是氧化镓而有一个其它所有半导体材料没有的特性，它可以用于量子力学，其原因就是氧化镓是一种透明导电氧化物。这意味着氧化镓在用于量子计算机、量子通讯、量子雷达方面比其它半导体材料更具优势。就此一点，也是最强半导体。当然，这是在新的半导体材料未出现之前。
与第三代半导体衬底环节的对比
从上表可以看出：
1、 晶片尺寸
三种材料目前的尺寸基本相当，即单片衬底的芯片产出相差不大（GaO器件做成垂直器件相对会更小，此处差异忽略不计）。SiC已有8寸单晶衬底、GaN（自支撑）目前有4寸量产产品，6寸样品刚进入市场，未量产暂时未考虑。
2、设备投入：（晶体生长炉+坩埚+晶体加工设备）
GaO设备投入每条产线投入约350万，SiC设备投入每条产线550万，GaN设备投入每条产线800万。
3、生产效率
GaO每月可产出8炉，年产80炉，可产800片，边角料短期内还可切成10mm * 10mm的小片销售给科研单位研究用，每炉100片，年产8000片小片。SiC每月可产4炉，年产40炉，可产400片，不能按小片销售，且良率按30%算约为120片。GaN自支撑衬底产量更小。
外延及芯片加工阶段的对比
从表上可以看出：
SiC、GaN的外延生长设备成本就明显要高出GaO材料数倍，且因为外延时间较短，升温、降温的时间要远远大于实际外延生长时间，所以几种材料外延的速度差异并不明显，而且由于各家技术有差异，用途不同的外延也有些许差别，此处不做更深入的比较。目前各种材料的外延技术较为成熟，可以满足市场的需求。
芯片加工阶段，由于GaO、SiC可以使用垂直结构，所以同等规格下，芯片面积较小，为便于比较，暂时忽略这种优势，三种材料在功率芯片加工过程的成本差异不大。
综上可以看出，GaO器件最终成本低于SiC、GaN，且性能更好，具有独特的竞争优势。
成本对比
根据Joule杂志2019年美国NREL（Strategic Energy Analysis Center at National Renewable Energy Laboratory国家可再生能源实验室-战略能源分析中心）发表的文章《How Much Will Gallium Oxide Power Electronics Cost?》中展示的衬底成本模型和技术改进效果预测，单片GaO的晶圆成本可由当前的283美金下降到195美金，大大低于SiC 成本（916美金）。
由于成本构成中超过60%是铱坩埚带来，若能找到优化坩埚损耗甚至替代铱坩埚的方法，将可以进一步大幅度降低GaO成本。
热导率和迁移率问题
GaO的低热导率、低迁移率问题可作为未来数年业界进行科研的主攻方向，突破这些问题将能够大幅度提高人们对GaO的应用预期，推动GaO的产业化进度，但其实这些参数并不会实际上影响当前GaO导入实际应用的价值。
热导率
半导体功率器件应用中所涉及到的热问题，要细分为三部分来分析：产热，耐热，散热。
1、 产热
功率器件主要有驱动损耗、开关损耗和导通损耗三个部分带来损耗，损耗越低，效率就越高，而决定这几种损耗的关键指标就分别是Qg、Coss和Ron，所以降低损耗的关键是降低这几个指标。
Ron，即On-resistance导通电阻，主要是与材料的特性决定。业界看好。Ga2O3、SiC、GaN在功率领域的应用前景，也因为这几种材料的Ron极低，可以大幅度降低导通损耗。SiC的导通电阻是Si产品的1/6，而GaO的导通电阻是SiC的1/6，在导通损耗方面具有很大优势。对于功率器件来说，Ron是一个关键指标，导通电阻越低，其损耗越小，产生的热量越少，从而有效控制温升。
2、 耐热
材料耐高温的特性进一步使得低热导率在应用中不会产生实质影响。
3、 散热
既然材料产热少，又耐热，那么对散热的要求就会降低，如果在封装环节也充分考虑到Die的散热，就可以进一步降低材料低热导率带来的影响。
迁移率
作为晶体管性能指标的沟道迁移率，需要达到实用化标准（200 cm2/V·s）才具有应用价值。半导体器件的迁移率简单分析，主要包含了体迁移率和沟道迁移率两个方面。其中体迁移率主要跟材料本身特性相关，沟道迁移率与器件结构相关。如果在射频方面应用，对迁移率要求很高，在这一点上，GaO的性能目前确实是不如GaN有优势的，GaN在射频方面的应用还会持续扩张。
预计GaO的市场机会将会率先出现在市场门槛较低、成本敏感的消费电子、家电以及能发挥材料高可靠、高性能的工业电源等领域，并将在2025年至2030年开始全面渗透车载和电气设备领域。
