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第3代半導體掀投資熱 碳化矽基板是發展關鍵

電動車、5G基建帶動功率元件需求,第3代半導體具重要地位,中國、美國等主要國家紛紛政策推動,國內外企業也爭相投入。產業分析師表示,碳化矽基板是發展最大關鍵。

工研院產科國際所研究總監楊瑞臨說,第3代半導體近年成為各國政府與產業界關注的熱門焦點,主要有3個催化劑。第一是美國電動車大廠特斯拉(Tesla)搶先採用第3代半導體碳化矽(SiC),讓SiC元件得以實際發揮散熱性佳,及提高電動車續航力等特色。

第二是全球環保意識抬頭,各國政府為達到碳中和、淨零碳排,紛紛訂定淘汰燃油車的時間表,促使車廠加速轉進電動車。第三是中國為記取矽基半導體受制於美國的教訓,政策大力支持發展第3代半導體。

有別於中國砸錢補貼的作法,楊瑞臨表示,美國政府推動的基建計畫中將大舉建置充電樁,這將為第3代半導體SiC創造市場。

第3代半導體是以SiC及氮化鎵(GaN)為主要材料,有別於第1代半導體以矽(Si)、鍺(Ge)為主要材料,及第2代半導體以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、鋁砷化鎵(AlGaAs)為主要材料。

楊瑞臨指出,在高功率應用方面,第3代半導體具備寬能隙、耐高溫和高功率密度等特性;在高頻應用方面,具備低能耗和散熱佳等特性。電動車、5G基建及快充等需求是主要成長動能。

SiC電晶體與碳化矽基GaN電晶體是成長性較高的兩項產品,年複合成長率分別達27%及26%,都需要採用SiC基板。

此外,SiC功率元件成本架構,也是以包含長晶、切割、研磨的基板占最大比重,高達50%。其餘的磊晶占25%,製造占20%,後段封測占5%。

楊瑞臨表示,SiC基板製造難度高,是成本高昂的主因。熱場控制及晶種掌握相當關鍵,卻只能土法煉鋼,做中學、學中做。

SiC長晶效率又比Si慢100至200倍,Si長晶約3天即可製造高度200公分晶棒,SiC要7天才能長出2至5公分的晶球。此外,SiC硬且脆,切割、研磨拋光難度高,會有很多報廢物。

科銳(Cree)是全球SiC基板龍頭廠,市占率超過6成,目前國內有廣運集團旗下盛新材料科技和穩晟材料投入SiC基板領域。

楊瑞臨說,SiC基板不僅占功率元件成本比重高,且與產品品質密切相關,SiC基板將是SiC發展的一大關鍵,包括意法半導體(ST)等廠商皆積極朝上游SiC基板發展,以強化競爭力,值得台灣廠商參考。

半導體 電動車

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