碳化矽、氮化鎵成明日星,商機都吃得到嗎?

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 05 日 14:15 | 分類 晶片 , 材料、設備 , 零組件 Telegram share ! follow us in feedly


第三代半導體材料受市場關注,包括碳化矽(SiC)材料及氮化鎵(GaN)產品,台積電也於上週宣布與意法半導體合作切入氮化鎵市場,半導體業者包括環球晶、合晶、太極、嘉晶以及母公司漢磊、茂矽、世界、精材等廠商開始也切入此領域,隨著此類第三代半導體材料具有更高效節能、更高功率等優勢,更適用在 5G 通訊、超高壓產品如電動車領域,未來市場成長看好,但事實上,碳化矽以及氮化鎵產品在市場已久,但一直未可大量量產,技術進入門檻相當高,市場商機是否都可雨露均霑,恐怕仍有考驗。

第三代半導體材料  市場潛力看好

據半導體材料分類,第一代半導體材料包括鍺以及矽,也是目前最大宗的半導體材料,成本相對便宜,製程技術也最為成熟,應用領域在資訊產業以及微電子產業;第二代半導體材料則包括砷化鎵以及磷化銦,主要應用在通訊產業以及照明產業;而第三代半導體才以碳化矽以及氮化鎵為代表,則可應用在更高階的高壓功率元件以及高頻通訊元件領域。

至於碳化矽以及氮化鎵雖然同為第三代半導體材料,但應用略有不同,氮化鎵主要用在中壓領域約 600 伏特的產品,一部分會與矽材料的市場重疊,但氮化鎵有很好的移動性,適用在頻率高的產品,此特性在基地台、5G 等高速產品就會很有優勢;而碳化矽則可以用在更高壓,如上千伏的產品,包括電動車用、高鐵或工業用途,具有很好的耐高溫以及高壓特性。

也因如此,以碳化矽晶圓為例,市場更看好其在車用市場的應用,包括充電樁、新能源車以及馬達驅動等領域,據市調機構 Yole Developpement 表示,碳化矽晶圓到 2023 年時市場規模可達 15 億美元,年複合成長率逾 31%;而用在通訊元件領域,到 2023 年市場也可達 13 億美元,年複合成長率則可達 23%,商機受矚。

最大挑戰  量產難度高

也因為第三代半導體材料後市看俏,所以也有不少廠商很早就開始投入研發,可望成為下一代的明日之星,惟就業者表示,要生產一片碳化矽晶圓並不難,困難的是要怎麼從一片到一百片、一千片的量產能力,這些都受限技術、專利以及成本門檻,造成量產的挑戰。

以碳化矽來說,技術難度在於:第一,在長晶的源頭晶種來源就要求相當高的純度,取得困難;第二,長晶的時間相當長,以一般矽材料長晶來說,平均約 3~4 天即可長成一根晶棒,但碳化矽晶棒則約需要 7 天,由於長晶過程中要隨著監測溫度以及製程的穩定,以免良率不佳,故時間拉長更增添長晶製作過程中的難度;第三則是長晶棒的生成,一般的矽晶棒約可有 200 公分的長度,但長一根碳化矽的長晶棒只能長出 2 公分,造成量產的困難。

單打困難  打群架較容易突破困局

雖然第一代的矽材料原料上取得方便,製程技術又相對成熟,但在高頻高壓的應用領域上,效能不如碳化矽或氮化鎵產品,隨著 5G 等應用領域擴大,第一代的矽材料優勢受到壓抑,而第三代半導體材料的成長將成為趨勢,使業者不得不關注並切入此領域。

但除了技術和生產困難,材料的開發還是需要下游應用配合,所以單獨切入研發相對困難,還是需要上下游互相合作,合晶則表示,公司一直有在關注碳化矽或氮化鎵,也認同此為趨勢上的產品,目前也啟動策略合作的評估,未來會需要打群架,如 CREE 與英飛凌結盟,除了技術合作,更可以確保未來上游材料取得及下游確保出海口。

(本文由 MoneyDJ新聞 授權轉載;首圖來源:dokola / CC0)