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        第三代半導體爭奪戰

        發布時間:2020-10-16發布部門:總裁辦公室

        第三代半導體材料成顯學,市場看好未來第三代半導體材料的各項優勢,但礙于成本仍貴,量產具有難度,為了加快技術上以及生產上的突破,單打獨斗困難,各方人馬進入團戰階段,愈早把良率提升、成本降低、進入量產,愈快能享受這塊未來看好的市場大餅。


        第三代半導體前景


        據半導體材料分類,第一代半導體材料包括鍺以及硅,也是目前最大宗的半導體材料,成本相對便宜,制程技術也最為成熟,應用領域在資訊產業以及微電子產業;第二代半導體材料則包括砷化鎵以及磷化銦,主要應用在通訊產業以及照明產業;而第三代半導體才以碳化硅以及氮化鎵為代表,則可應用在更高階的高壓功率元件以及高頻通訊元件領域。

         

        至于碳化硅以及氮化鎵雖然同為第三代半導體材料,但應用略有不同,氮化鎵主要用在中壓領域約600伏特的產品,一部分會與硅材料的市場重疊,但氮化鎵有很好的移動性,適用在頻率高的產品,此特性在基站、 5G等高速產品就會很有優勢;而碳化硅則可以用在更高壓,如上千伏的產品,包括電動車用、高鐵或工業用途,具有很好的耐高溫以及高壓特性。

         

        也因如此,以碳化硅晶圓為例,市場更看好其在車用市場的應用,包括充電樁、新能源車以及馬達驅動等領域,據市調機構Yole Developpement表示,碳化硅晶圓到2023年時市場規??蛇_15億美金,年復合成長率逾31% ;而用在通訊元件領域,到2023年市場也可達13億美金,年復合成長率則可達23% ,商機受矚。


        各方人馬合作/結盟/并購動作積極


        全球半導體大廠跨入第三代半導體材料,已多展開合作、策略結盟或并購,包括IDM廠商意法半導體并購Norstel AB以及法國Exagan、英飛凌收購Siltectra ,以及日商ROHM收購SiCrystal等等;而臺廠也爭逐第三代半導體材料,以今年上半年臺積電(2330)攜手意法半導體最具代表性,而此次硅晶圓大廠環球晶與宏捷科的策略私募入股,整合上下游產業鏈的能力達成互補,加快開發腳步以及瓶頸,打團戰比單打獨斗,更快可獲取市場。


        氮化鎵難度在晶格,碳化硅晶種、長晶都是挑戰


        目前第三代半導體材料占比重仍相當低,量產端的困難仍是最大挑戰。氮化鎵發展瓶頸段仍在基板段,造成氮化鎵的成本昂貴且供應量不足,主要是因為氮化鎵長在硅上的晶格不匹配,困難度高,另外的困難在于氮化鉀產品容易翹曲,所以基板也要特別制造,如果會往上翹,就要在先逆向長氮化鎵在硅上,具有相當難度。

         

        以碳化硅來說,技術難度在于第一、在長晶的源頭晶種來源就要求相當高的純度、取得困難,第二,長晶的時間相當長,以一般硅材料長晶來說,平均約3-4天即可長成一根晶棒,但碳化硅晶棒則約需要7天,由于長晶過程中要隨著監測溫度以及制程的穩定,以免良率不佳,故時間拉長更增添長晶制作過程中的難度;第三則是長晶棒的生成,一般的硅晶棒約可有200公分的長度,但長一根碳化硅的長晶棒只能長出2公分,造成量產的困難。


        價格仍是普及的最大關鍵


        全球以硅為基礎的半導體材料市場約4500億美金,其中第三代半導體僅才占10億美金的水準,比重仍相當低,以中美晶來說,目前第三代半導體材料僅占中美晶不到1%的水準,包括碳化硅4吋以及6吋產品、氮化鎵8吋的產品,但未來的成長幅度仍很大,不過要商業化的關鍵即是價格要快速下降,至少要比現在價格還要便宜5成,市場接受度才會提高。

         

        而對于各國的發展腳步,包括美國、日本、歐盟都想把技術建立起來,且化合物半導體應用領域在軍事也不少,在大功率的高速交通工具也是關鍵材料,所以被各國視為戰略物資,半絕緣的化合物半導體甚至要拿到證明才可以出口,是相當重要的上游材。

         

        至于整體市場的起飛時間,本來市場認為,在5G和電動車的推波助瀾下,2020年第三代半導體材料就會有量,但今年受到新冠疫情影響,整個車用市場大亂,5G布建也受到影響,預估2021年下半年就會比較有量,最快可以應用的還是power相關的產品,但5G以及電動車領域仍是未來撐起市場的重要動能。


        文章來源于半導體行業觀察,不代表拓米觀點,侵刪。

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