雷射輔助切割研磨碳化矽效率

[作者 陳念舜]

目前在提升再生能源裝置容量和能源效率，皆有高度關聯性的關鍵技術，莫過於利用化合物半導體來製造高效能功率半導體元件，以承受高電壓、高溫衝擊。台灣廠商還具備過去多年來於矽基半導體產業累積的基礎，且有如工研院等法人單位輔導，正積極投入建立材料開發、雷射輔助加工製程等測試驗證平台和服務，將加速產業聚落成型。

尤其是伴隨著交通運具電動化與提升能源效率等需求，包括：碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）、InP、Ga2O3、AIN等化合物半導體，因為比起傳統矽基材料（Si-based）具備更寬裕的能隙特性，用來製造高效能功率半導體晶片元件，將可有效減省約50%電能轉換損耗、20%電源轉換系統成本，所以極適合提供高功率（>400V）、高電能轉換效率應用，滿足耐高壓（>800V）、高溫及高頻需求。

工研院在2023年舉行的「南台灣策略論壇」也指出，如今化合物半導體已逐漸導入電動車及充電樁、再生能源發電與傳輸，甚至是低軌衛星、5G/6G高頻通訊、人工智慧（AI）基礎裝置、工業設備等低碳生活模式，減省充電時間和電池成本，而極富有戰略意義。依工研院南分院預估其中SiC晶圓市場快速成長（CAGR~15%），2028年全球規模將達到17億美元。

台灣藉矽基產業築底 構建化合物半導體代工能量

惟若進一步分析現今高功率半導體元件挑戰，便是約有50%成本來自SiC長晶材料和高品質基板，仍由少數國外大廠主導，整體基板產量不足，6吋N型SiC晶圓成為量產主流，也將是台灣半導體產業為來追求上游材料自主化的契機。

然而，基於化合物半導體種類繁多，對於材料自主化與在地設備挑戰大，亟待評估量體較大的材料「優化技術」，並建立「設備改造」能力。台灣因為過去在深耕矽基半導體材料和製造使用技術上，具有漫長且成功的歷史。包括在上游元件製程與下游次系統都有企業長期耕耘，掌握電路整合、成本控制能力，進而打造完整資通訊、汽車電子產業鏈，適合發展化合物半導體材料、製程設備，以及IC設計、封測和模組終端應用。

但如今產業仍處於起步階段，包括上游粉體、長晶及晶球、晶錠、磊晶等原材料，以及元件製造與設計、設備來源皆仰賴進口，又以歐美日IDM廠商為主。未來則可能與垂直分工模式並存，適合引進國外系統廠商，代工製造將是台灣產業轉型，有潛力參與功率電子產業發展的機會。從元件設計、磊晶製造、封裝測試、模組系統等，亟待設立「成品驗證場域」；同時培養或招募足夠國內外化合物半導體人才，投入研發資源，以建立上位戰略智權能量。

【欲閱讀更豐富的內容，請參閱2024.1月(第99期)電動車智造智動化Smart Auto雜誌】