全球搶攻第三代半導體商機，也是台灣半導體產業重視的領域，但有專家指稱「第三代半導體」其實來自中國，且含中國對半導體產業的野心，所以建議台灣產官學界應該「正名」，但如果要改，該怎麼稱呼？
中國取名為第三代半導體，主要是為了與第一代半導體、第二代半導體區分，並成為化合物半導體領域的佼佼者。
第一代半導體材料是「矽」（Si）、「鍺」（Ge），第二代半導體是「砷化鎵」（GaAs）和「磷化銦」（InP），第三代半導體主流材料為「碳化矽」（SiC）和「氮化鎵」（GaN）。
從「代」區分的話，會讓人誤以為是第一代、第二代技術累積甚至取代前兩代技術，但事實上，SiC 和 GaN 早在 40~50 年前就開始發展，直到 2000 後才開始投入市場。
此外，第一代半導體比的是「先進製程」，SiC 和 GaN 重點在於「晶圓材料」。旺宏電子總經理盧志遠也認為，SiC、GaN 無法取代第一代以 Si 為主的半導體，所以台灣不該跟中國一樣稱為「第三代半導體」。
第一代半導體、第二代半導體是什麼？
在講第三代半導體正名運動之前，先聊聊第一、二代半導體。
全球第一顆電晶體於 1940 年代問世，隨後半導體產業開始蓬勃發展。在 1950、60 年代，電晶體所採用的半導體材料多半是鍺（Ge），但由於鍺容易引發熱失控，之後逐漸被矽（Si）取代，造就了由積體電路（IC）為關鍵的微電子產業發展。
自從 1970 年貝爾實驗室發明了室溫半導體雷射之後，砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）成為市場新寵兒，這兩種材料電子遷移率高，同時具備高頻、低雜訊、高效率及低耗電等特性，開啟第二代半導體的時代，主要用於微波射頻通訊領域，例如衛星通訊、行動通訊、光通訊和 GPS 導航。
然而，隨著 5G、電動車時代來臨，目前 GaAs 和 Si 的溫度、頻率、功率已達極限，當溫度過高時，前兩種材料容易產生故障，加上全球開始重視碳排放問題，因此高能效、低能耗的「碳化矽」（SiC）和「氮化鎵」（GaN）成為新一代商機。
第三代半導體該怎麼正名？
目前，產業界認為應該跟國際統一，叫做「化合物半導體」（Compound Semiconductor）。
半導體材料依構成元素，可分為「元素半導體」（Si、Ge）以及「化合物半導體」（GaAs、InP、SiC、GaN），前者由單一的四價元素（有四個價電子）所形成，後者依週期表分類成「三五族半導體」、「四四族半導體」等二元化合物。
三五族材料由週期表三族、五族元素構成，四四族則都是四族構成。從圖中可知，GaAs、InP、GaN 為三五族半導體（紅框處），SiC 則是四四族半導體（藍框處）。
▲ 三五族材料由週期表三族、五族元素（紅框處）構成。（Source：維基百科）
由於化合物半導體難以區分 GaAs、InP、SiC、GaN，所以也有人提出「第三類半導體」或「寬能隙半導體」（WBG）的說法。
第三類半導體顧名思義，就是跟前兩類半導體區分開來，至於寬能隙半導體，首先要了解能隙的概念。「能隙」（Energy gap）代表著「一個能量的差距」，意即讓一個半導體「從絕緣到導電所需的最低能量」。
Si、GaAs 屬於低能隙材料，數值為 1.12 eV 和 1.43 eV，而 SiC 和 GaN 能隙較高，達到 3.2eV、3.4eV，因此遇到高溫、高壓、高電流時，跟前者比起來不容易從絕緣變成導電，更適合應用在高電流、高壓環境下，例如 5G 和電動車領域。
等等，竟然還有「第四代半導體」
不過，第三代半導體正名運動尚未結束，產業界已經開始注意超寬能隙「氧化鎵」（Ga2O3）和鑽石等新一代材料，稱為「第四代半導體」（暫名）。
Ga2O3 因為基板製作比 SiC 與 GaN 容易，再加上擁有約 4.5~4.9eV 的超寬能隙，能夠承受更高電壓，有望應用在超高功率元件領域，例如電動車、電力系統、風力發電機的渦輪等都是應用範圍。即使潛力極佳，Ga2O3 仍必須克服同質磊晶和異質磊晶問題，散熱方面也是一大問題。
隨著半導體產業持續發展、科技不斷進步，將有越來越多極具潛力的化合物半導體出現，「正名運動」除了避免名詞誤會，也應將不同類型半導體的考慮進去，到底該怎麼稱呼，值得台灣產官學界深思。
（首圖來源：shutterstock）
