強攻第三代半導體,台灣光電產業整合「打群架」成關鍵

作者 | 發布日期 2021 年 09 月 24 日 9:30 | 分類 晶圓 , 晶片 , 材料、設備 Telegram share ! follow us in feedly


「第三代半導體」無疑是 2021 年投資市場寵兒,然而,若從國外廠商近年來積極透過併購發展第三代半導體材料與技術,以及中國砸重本全力投入第三代半導體的開發,就能一窺第三代半導體的重要性。它已不再只是投資市場的熱門詞,更是台灣科技產業不能不掌握的關鍵技術!

事實上,台灣廠商早已看到這樣的趨勢,無論是以盛新、環球晶為主的化合物半導體材料廠商,或像是穩懋、全新等化合物半導體廠商、以及以台積電、世界先進為代表的矽基半導體廠商,還是台達電等系統廠商,甚至像是富采等光電廠商都早已跨足布局第三代半導體技術。

然而,拆解第三代半導體目前全球的技術與商用化進展,除了 SiC 與 GaN-on-Si 的技術發展相對成熟,目前分別有車用與消費性快充產品的應用領域做為最大出海口之外,另一項極具發展潛力的 GaN-on-SiC 技術,則仍處於產業相當期待,但技術仍待突破、廠商也還在鴨子划水默默布局的階段。

而工研院看到了 GaN-on-SiC 未來的潛力以及對台灣產業發展的重要性,但也發現業界在發展這項異質整合技術時,仍面臨許多困境與待突破之處,因而決定借鏡過往推動 Micro LED 技術發展的方式,企圖透過建構平台,橋接台灣產業中擅長「光」與「電」的廠商、技術與人才,並同時能與系統進行驗證與交流。

台灣科技產業不能在電動車大未來中缺席

工研院電子與光電系統研究所組長方彥翔在接受《科技新報》專訪時就談到 GaN-on-SiC 的發展潛力,他指出,電動車與自駕車的發展已成為不可逆的趨勢,而化合物半導體做為車用零組件的趨勢也早已成形。

工研院電子與光電系統研究所研發副組長傅毅耕就指出,目前的 GaN-on-Si 技術在耐高壓的特性上並不適合用於車子的部分,而是適用於電壓 650 伏以下,以快充為大宗的應用,但 GaN-on-SiC 能承受的崩潰電壓卻相對大的多,極限在 2,000 伏左右,意味著應用於車用將有相當大的潛力,特別在 OBC (on board charger) 的部分。

▲ GaN-on-Si 與 GaN-on-SiC 技術、特性與應用領域的比較。

方彥翔分享,工研院在決定成立推動第三代半導體 (包含 SiC 和 GaN 材料) 發展的平台之前,就已先和系統廠接觸過,確認系統廠的採用意願。「我們發現系統廠對 GaN 材料應用於電動車充電領域躍躍欲試,但目前卻苦於沒有 GaN 的產品可以嘗試採用。」在確認完系統廠態度後發現,事實上出海口是存在的,GaN-on-SiC 要是能發展出特性夠好、可靠度夠高的元件產品,GaN 將能成為未來電動車、自駕車的重要材料與元件。

「而台灣正是三五族半導體(也就是 GaN 材料)的強國!」方彥翔笑說,台灣在 GaN 化合物半導體著墨很久,現在運用於雷射、LED,甚至是電燈泡。但過往熟悉 GaN 材料的多以「光」的廠商為主,如今要跨入第三代半導體領域,需要能整合熟悉「電」的技術與人才,靠著將是不同產業的整合,無法單打獨鬥達成。對原先就熟悉 SiC 的元件廠商來說,也同樣樂見 GaN 的產品未來能開創不同出海口(市場)。此外,由於化合物半導體的特性與矽基半導體差異相當大,必須先知道終端應用所需特性,在上游產品設計與製造時,會因所需特性的差異,在磊晶段即做出不同設計。也正因如此,元件廠也需要與熟悉 GaN 材料的磊晶廠緊密合作,開發出適用於不同終端的產品。

工研院新平台將成第三代半導體發展推手

工研院在看到廠商的需求與痛點後,就在今年創立全新的平台,同時也預計在今年底於 TOSIA 協會成立化合物半導體的 Special Interest Groups(SIG),並將發表最新的產業白皮書。

「在工研院全新的平台提供 SiC-on-SiC, GaN on XX(Si / SiC / QST 等)應用於 RF 及 power 的服務。其中,由於 GaN-on-SiC 用於車載相對匱乏,因此將以平台概念協助相關業者串接上中下游,以達最大綜效。」方彥翔進一步說明。

不僅將 SiC 和 GaN 技術從基板到系統端都串接起來,工研院也已規劃好應用領域的部分,而這領域將以電動車及電動機車為主。方彥翔談到,「電動機車應該會是 GaN-on-SiC 的重要里程碑」,由於台灣在電動機車的主導性相對大,「電動機車無疑將是一個試金石,一旦成功導入電動機車,未來在打入電動車的供應鏈就有把握度」。

儘管在第三代半導體的發展上,國外廠商已拔得先籌,但鴨子划水的台廠憑藉著在半導體產業積累的技術、經驗與人才,加上政策的推動,與工研院平台的橋接與推廣,業界對台灣產業成功切入第三代半導體的發展仍具十足信心,正如同方彥翔所說的,台灣在發展第三代半導體上,「勢必一定要成功,不能妥協的!」

(首圖來源:科技新報)

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