國產設備,搶攻第三代化合物半導體商機!
🔎大家知道最近很夯的「#化合物半導體」是什麼嗎❓半導體晶圓的材料發展,已經從第一代的矽(Si)、第二代的砷化鎵(GaAs)/磷化銦(InP)、演進到第三代以氮化鎵(GaN)及碳化矽(SiC)為主的化合物半導體。
💁♂️#第三代化合物半導體 的優點,是能承受更高的電壓、提供更好的高頻傳輸與電源轉換效率,使其可優化車用光學雷達、馬達控制器、高功率元件、5G射頻元件與基地台、風力發電,甚至軍用、太空衛星等電力控制系統領域的應用,因此許多國家開始將化合物半導體列為國家戰略重點🎯
面對第三代化合物半導體的商機,如何提高未來上中下游設備自主率是關鍵,因此 #經濟部工業局 於8月底委託 #金屬中心 辦理 「👨💼#半導體設備國產化產學研專家會議」,會中由環球晶、漢民、太極能源、穩晟材料等廠商及中山科學研究院、勤益科大等學研代表,針對「化合物半導體國產設備的機會:#長晶、#磊晶產業」為主題進行熱烈討論,與會者以實際場域應用者的角色提供寶貴的建言,期望我國廠商在第三代半導體發展初期能搶奪先機,佔有優勢的利基位置💪
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SiC 需求持續成長,鴻海上週買下旺宏晶圓廠,布局 SiC 領域,許多台廠也積極布建供應鏈;但台灣 SiC 產業鏈面臨技術上的問題,未來可能會出現斷層!
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決定台灣未來的SiC、GaN
2021/1/11(一)大家早,我是 LEO
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■ 什麼是SiC 及GaN
碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)現在全世界矚目的焦點,全新的第三代半導體材料,相較於第一代半導體材料的矽(Si)、第二代半導體材料的砷化鎵(GaAs)相比,承受更高電壓,電流更快通過,具有低耗能等優點,兩者都被稱為未來半導體界的明日之星。
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也許有些人還不知道什麼是半導體,一般的材料導電或不導電(絕緣)分成導體與非導體(絕緣體),半導體它厲害的地方在於,將它施加電壓時就會導電、不施加電壓時就會絕緣-不導電,導電與否的能力就是由材料的傳導性質所決定,光是這個發現就得了一個物理諾貝爾獎。
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碳化矽、氮化鎵兩者都是未來半導體的關鍵材料,節能減碳的趨勢,各種未來的新興產業,快速充電、車用LiDAR、資料中心、無線充電、電動車、太陽能發電、直流電網、充電樁…等應用都需要高轉換效率的功率半導體。
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■ 寬能隙半導體
為什麼碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)被稱為「寬能隙半導體」,因為它的能隙是Si的三倍多,崩潰電場是Si十倍多,能隙(bandgap)決定了半導體的崩潰電場,就是能承受住多大的電壓,能隙越寬,越能耐高電壓、高電流、高能源轉換效率,矽的能隙寬約是1.17 eV,SiC的能隙寬為3.26 eV,GaN的為3.5eV。
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兩者相比氮化鎵能隙更寬,電子遷移率更高,但熱導率卻更低,耐輻射性能也更優異,被認為更有機會實現低導通電阻、高開關速度的材料。
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■ 全世界競相押寶發展
日本是全球第一個研發氮化鎵的國家,去年10月日本經濟產業省傳出全力發展氮化鎵,5年內撥款90兆日圓 (約25.2兆台幣),動用國家隊力量,資助研發氮化鎵的大學與企業。
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但是,目前碳化矽發展比氮化鎵更成熟,市場研究機構Yole Developpement估計,到2025年SiC元件市場營收將佔據整體電力電子市場的10%以上,同時GaN元件的營收比例則會超過2%。
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SiC元件的知名供應商包括意法半導體(ST)、Cree/Wolfspeed、羅姆(Rohm)、英飛凌(Infineon)、安森美(OnSemi)以及三菱(Mitsubishi Electric),GaN元件的主要供應商,包括PI (Power Integrations)與英飛凌,還有新創公司Navitas Semiconductor、Efficient Power Conversion (EPC)、GaN Systems與Transphorm。
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■ 領頭羊科銳Cree的決心
目前全球SiC龍頭Cree美商科銳,過去30年原本是 LED的領導廠商,全球排名第三,2018年起轉型發展第三代半導體碳化矽材料,並出售LED賺錢業務,下定決心,立志在成為碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)元件領域的強權,2018年EPS -2.81元,2019年 -3.62元,2020年 -1.78元,跨入SiC後大量資本資出,甚至虧損累累,但是最近一年卻飆漲 137%,股價更飆上121.67美元,創歷史新高。
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由此可見市場現在高度期待的是未來電動車、5G、軌道交通、電網、太陽能的廣泛應用,甚至有朝一日全面取代矽基半導體,試想虧錢就飆成這樣,如果開始獲利,股價可能會漲到外太空。
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目前SiC元件最成功的市場領域在電動/混合動力車市場,GaN元件應用於高階智慧型手機的快速充電應用,將成為未來五年的成長主力,Tesla Model 3就採用意法半導體(STM)的SiC半導體模組。
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■ 台灣半導體射月計畫
不管是日本、美國、歐洲、甚至中國都全力發展第三代半導體材料並列入145計畫,除了電動車、節能應用,SiC跟國防、航太有都關係,Si元件工作溫度上限是攝氏100度,SiC可以到200度,特殊設計可以到300度。
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SiC抗輻射,可應用在核電廠,NASA也應用在太空科技上,這種技術國外不可能轉給台灣,政府要求工研院投入研發,成功後把技術和人才完全移轉給漢磊與嘉晶,因為當時只有他們率先投入,這就是台灣的半導體射月計畫。
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■ 漢磊、嘉晶佈局最早
經過8年多的耕耘、著墨最深,領先其他廠商,嘉晶(3016)是國內唯一有能力量產4吋、6吋碳化矽磊晶及6吋氮化鎵磊晶的公司,擁有磊晶專利技術,品質也獲得國際IDM大廠認可。6吋碳化矽晶圓已在試產階段,客戶端電動車需求最大,只要通過驗證,就開始出貨、貢獻營收。
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漢磊(3707),它的650伏特高壓氮化鎵已經通過電動車的車用標準認證,並且開始逐漸導入,吸引國外與台灣多家電動車相關業者洽談合作,未來電動車對SiC、GaN有很高的需求,就連環球晶董座徐秀蘭也表示:估計未來十年內第三代半導體,複合成長率不會輸給現有矽晶圓。
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國際IDM大廠英飛凌、瑞薩、意法半導體,車用營收占比明顯攀升,禁售其柴油車的趨勢就在眼前,國際IDM廠庫存降低,委外代工將更為明顯,甚至漲價,營運動能一路旺至今年上半年,漢磊及嘉晶將優先受惠!
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此外,中美晶(5483)投資35億元,入主砷化鎵晶圓代工廠宏捷科(8086),投入氮化鎵的製程開發,期望能達成互補效應,發展潛力也值得關注。
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