第三代半导体，没那么简单
2020-03-09
14:01:23
来源: 半导体行业观察
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第三代半导体材料受市场关注，包括碳化硅（SiC）材料以及氮化镓（GaN）产品，台积电（2330）也于上周宣布与意法半导体合作切入氮化镓市场，半导体业者包厂商也开始切入此领域，随着此类第三代半导体材料具有更高效节能、更高功率等优势，更适用在5G通讯、超高压产品如电动车领域，未来市场成长看好，但事实上，碳化硅以及氮化镓产品在市场上已久，但一直未可大量量产，技术上进入门槛相当高，市场商机是否都可雨露均沾，恐怕仍有考验。
据半导体材料分类，第一代半导体材料包括锗以及硅，也是目前最大宗的半导体材料，成本相对便宜，制程技术也最为成熟，应用领域在资讯产业以及微电子产业；第二代半导体材料则包括砷化镓以及磷化铟，主要应用在通讯产业以及照明产业；而第三代半导体才以碳化硅以及氮化镓为代表，则可应用在更高阶的高压功率元件以及高频通讯元件领域。
至于碳化硅以及氮化镓虽然同为第三代半导体材料，但应用略有不同，氮化镓主要用在中压领域约600伏特的产品，一部分会与硅材料的市场重叠，但氮化镓有很好的移动性，适用在频率高的产品，此特性在基地台、5G等高速产品就会很有优势；而碳化硅则可以用在更高压，如上千伏的产品，包括电动车用、高铁或工业用途，具有很好的耐高温以及高压特性。
也因如此，以碳化硅晶圆为例，市场更看好其在车用市场的应用，包括充电桩、新能源车以及马达驱动等领域，据市调机构Yole Developpement表示，碳化硅晶圆到2023年时市场规模可达15亿美金，年复合成长率逾31%；而用在通讯元件领域，到2023年市场也可达13亿美金，年复合成长率则可达23%，商机受瞩。
也因为第三代半导体材料后市看俏，所以也有不少厂商很早就开始投入研发，可望成为下一代的明日之星，惟就业者表示，要生产一片碳化硅晶圆并不难，困难的是要怎么从一片到一百片、一千片的量产能力，这些都受限技术、专利以及成本门槛，造成量产的挑战。
以碳化硅来说，技术难度在于第一、在长晶的源头晶种来源就要求相当高的纯度、取得困难，第二，长晶的时间相当长，以一般硅材料长晶来说，平均约3-4天即可长成一根晶棒，但碳化硅晶棒则约需要7天，由于长晶过程中要随着监测温度以及制程的稳定，以免良率不佳，故时间拉长更增添长晶制作过程中的难度；第三则是长晶棒的生成，一般的硅晶棒约可有200公分的长度，但长一根碳化硅的长晶棒只能长出2公分，造成量产的困难。
虽然第一代的硅材料原料上取得方便，制程技术又相对成熟，但在高频高压的应用领域上，效能不如碳化硅或氮化镓产品，随着5G等应用领域扩大，第一代的硅材料优势受到压抑，而第三代半导体材料的成长将成为趋势，使业者不得不关注并切入此领域。
但除了技术和生产上的困难外，材料的开发还是需要下游应用的配合，所以单独切入研发相对困难，还是需要上下游的互相合作，合晶则表示，公司一直有在关注碳化硅或氮化镓，也认同此为趋势上的产品，目前也启动策略合作的评估，未来会需要打群架，如CREE与英飞凌结盟，除了技术上的合作，更可以确保未来上游材料的取得以及下游确保出海口。
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