將「矽」谷轉化成「鎵」谷的男人?利多與 EPC 對矽晶片產業的挑戰

作者 | 發布日期 2015 年 10 月 26 日 8:00 | 分類 名人堂 , 晶片 , 零組件 follow us in feedly

半導體已發展超過 60 年,矽(Silicon)一直被認為是半導體產業中最重要的核心材料,甚至矽谷的名稱由來也是源自於它,許多數十億美元的大企業都是從矽谷發跡,但以矽為半導體材料的時代會被終結嗎?尤其當著名的摩爾定律現階段面臨極大的挑戰時,下一世代同時保有低成本和高效能的半導體晶片將會是什麼?有一個男人立志將「矽」谷轉化成「鎵」谷,他是加州新創公司 Efficient Power Conversion(簡稱 EPC)的創辦人兼執行長利多(Alex Lidow)。



1977 年,當時利多還是 22 歲的史丹佛大學研究生,發明了稱做 HEXFET 的功率半導體電子元件。這項發明不只讓他的家族企業國際整流器(International Rectifier*)獲得超過 9 億美元的專利授權費,也讓他的祖父及父親成為半導體業界的重量級人士。利多很早就名利雙收,卻在中壯年時期被迫離開他的家族企業,跌至人生低谷,卻也激起他不服輸的個性,驅動他改變產業的現況。

*註:成立於 1947 年的美商國際整流器已於 2014 年間被功率電子元件龍頭德商英飛凌(Infineon)收購。

 

從家族起頭的材料之戰

利多從 1999 年開始擔任國際整流器的執行長,但他和他父親卻在 2006~2007 年間相繼離開國際整流器,官方說法是因為國際整流器的海外分公司被調查出疑似假帳,此事件讓利多黯然離開公司,放棄原本一手建立的基業。這件事情對他造成深遠的影響,他說:「我被國際整流器開除後,我父親也在幾個月後被趕出公司。當時我已經 52 歲,所有的一切卻必須重新來過。」

不久之後,他選擇求學時的夢想──尋找可取代矽的材料,做為東山再起的籌碼。他在 2007 年成立新創公司 EPC,專注在以新興材料氮化鎵(Gallium Nitride)為主的半導體電子元件上。利多說:「我要拚了命的成為他們的噩夢,EPC 的主要產品將專注在氮化鎵電子元件及積體電路,這些產品將和國際整流器的產品在市場一較高下。」雖然利多離開國際整流器,他們之間的官司仍爭議不斷,甚至還延續他所成立的 EPC 上。法院判決 EPC 到 2013 年以前,都必須支付國際整流器專利授權費。

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▲ Alex Lidow。(Source:fast company

後矽材料時代?

加州聖塔芭芭拉大學電機系教授 Umesh Mishra 指出:「電源供應器和電源轉接器都急需一個嶄新及高效率的技術,如果當所有電源相關半導體晶片都使用氮化鎵晶片,每年全世界可以節省約 40 座核電廠所生產的電力。」以氮化鎵為材料的半導體晶片,其開關切換速度比矽半導體晶片更快,這項特性能讓電力轉換系統以更有效率、更節省空間的方式設計,未來可應用在無線充電、電腦、智慧型手機、無人車和無人飛機的 LiDAR 導航裝置中。

雖然 15 年前科學家已經在研究室成功生長出氮化鎵半導體材料,但直到幾年前才開始將氮化鎵成功使用在功率半導體晶片中。利多在和彭博社的專訪中談到:「氮化鎵半導體晶片最大的優勢就是能成長在大面積的矽晶圓上,這樣一來可以使用和矽半導體相同的設備和製程,大幅降低成本。」

對 EPC 及其他研發氮化鎵的公司而言,最大的競爭其實是已經有超過數十年基底的矽材料半導體,但利多似乎毫不畏懼這一事實,他的辦公室充滿了各種氮化鎵的展示品和宣傳手冊。EPC 的其中一個聯合創始人是台灣漢民集團創辦人及董事長黃民奇,因為他的關係,EPC 有許多台灣、中國、南韓和日本的客戶,目前有超過 50% 的產品銷售到東亞市場。

EPC 不是唯一專注在研發氮化鎵技術的公司,其他公司包括 GaN Systems、Cambridge Electronics、Transphorm 等,其中 Transphorm 的創辦人就是 Umesh Mishra 教授。半導體大廠如英飛凌(Infineon)、松下(Panasonic)、安森美半導體(ON Semiconductor)、台積電(TSMC)也都有投入氮化鎵半導體晶片的研發。雖然氮化鎵技術的成本已和矽材料相去不遠,但以氮化鎵為基礎的晶片和系統仍處於相對初期的開發階段,矽材料仍以長期且大規模的研發資金加上完善的製程設備等,而佔有很大優勢。

目前,EPC 生產大約 100 種符合不同系統需求的氮化鎵晶片,擁有超過 500 家客戶。利多表示:「EPC 目前已經佔據了超過 90% 的新興氮化鎵晶片市場。儘管目前為止 EPC 有個強而有力的開端,但要挑戰矽材料在半導體市場的霸主地位,還有很長的路要走。」他認為未來幾年內若能成功將無線充電、無人車或無人飛機大規模商業化,將可進一步帶動氮化鎵半導體晶片銷售的成長,並為他和其他新創公司帶來其他機會。利多預估在接下來的幾年,氮化鎵半導體將可以從矽材料半導體中搶下 10 億美元的市場。

雖然利多看好氮化鎵的未來市場,但並非每一個人都那麼樂觀。國際研究暨顧問機構 Gartner 指出,克服半導體產業對於矽材料的依賴性並非一件簡單的事,尤其對於電腦和智慧型手機產業,這類型的產業需要高度穩定的半導體製程及電子元件。雖然氮化鎵晶片具有相當吸引的材料特性,但仍需證明氮化鎵晶片具有顯著的性能優勢和成本優勢。

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