材料創新與測試技術並進 第三代半導體開啟應用新革命

【作者： 王岫晨】

第三代半導體是指相對於第一代和第二代而言的新一代半導體技術。第一代半導體泛指的是以矽為主要材料的半導體晶片，第二代半導體則是以三五族化合物為主要材料，包括砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等。第三代半導體則以碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表，其主要特色包括材料的變革、能源效率的提升、高頻率操作、高溫操作、高功率密度、高電流密度等。

第三代半導體特性

第三代半導體的代表性材料包括碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）。這些材料相較於傳統的矽材料，具有更高的電子遷移率、更好的熱導性、較寬的能隙等特性，使得它們在特定應用中有著顯著的優勢。以下是第三代半導體的主要應用領域：

●能源轉換與儲存：SiC和GaN半導體在能源轉換具有很高效率，特別是在太陽能逆變器、電動車充電器以及工業變頻器等高效率轉換應用。

●雷射與照明：GaN可以用於高效能的雷射二極體和發光二極體，適用於照明、顯示技術和通訊應用。

●無線通訊：GaN能夠實現高功率密度的射頻（RF）功率放大器，因此在無線通訊系統中有廣泛應用，如基地台和雷達系統。

●高溫環境：SiC和GaN能夠在高溫環境下穩定運行，因此適用於航空太空、高溫工業加工等需要在高溫環境中操作的應用。

針對電力能源，SiC和GaN元件在太陽能逆變器中可以實現高效率的能量轉換，提高太陽能發電系統的效能。透過高頻率運作的GaN元件，風力發電轉換系統的效率可以得到提升。而SiC和GaN元件在能源儲存系統中的高效能轉換，有助於提高電池充放電效率。

在電動車上，電動車主逆變器是將電池輸出的直流能轉換成馬達所需的交流能的關鍵元件。SiC和GaN元件的高效能特性可以提高電動車的效能和續航里程。電動車中的DC/DC轉換器將電池輸出的電壓轉換成適合供應輔助系統的電壓。SiC和GaN元件的高效能可以減少能源損耗。另外使用SiC和GaN元件的充電樁可以實現高功率快充，縮短電動車的充電時間。

對於工業市場，SiC和GaN元件在工業變頻器中可以實現高效率的能源轉換，提高工業設備的效能。另外使用高頻率運作的GaN元件，可以實現工業無線充電系統，方便機械設備的充電。

針對通訊和雷達應用，射頻功率放大器（RFPA）是很重要的一個裝置，GaN元件的高功率密度和高頻率運作特性，使其在無線通訊、雷達和微波應用中得到廣泛應用。

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