第三代半導體掀投資熱,碳化矽基板是發展關鍵

作者 | 發布日期 2021 年 08 月 21 日 11:00 | 分類 晶圓 , 晶片 , 材料、設備 Telegram share ! follow us in feedly


電動車、5G 基建帶動功率元件需求,第三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,第三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)搶先採用第三代半導體碳化矽(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三代半導體。

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,這將為第三代半導體 SiC 創造市場。

第三代半導體是以SiC及氮化鎵(GaN)為主要材料,有別於第一代半導體以矽(Si)、鍺(Ge)為主要材料,及第二代半導體以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、鋁砷化鎵(AlGaAs)為主要材料。

楊瑞臨指出,高功率應用方面,第三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 100~200 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 2~5 公分晶球。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,市占率超過六成,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。

(作者:張建中;首圖來源:英飛凌)