碳化矽/氮化鎵成明日星 商機都吃的到嗎?

產業新聞 2020-03-05 11:22:04 記者 萬惠雯 記述




第三代半導體材料受市場關注,包括碳化矽(SiC)材料以及氮化鎵(GaN)產品,台積電(2330)也於上週宣佈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(6488)、合晶(6182)、太(4934)、嘉晶(3016)以及母公司漢磊(3707)、茂矽(2342)、世界(5347)、精材(3374)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上已久,但一直未可大量量產,技術上進入門檻相當高,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 台廠進度


台積電


與意法半導體合作切入氮化鎵


世界


投入氮化鎵4年多 預計明年小量送樣


精材


投入氮化鎵應用在射頻功率放大器 2021年小量生產


環球晶


GTAT簽約 取得碳化矽晶球長約


太極


取得中科院專利授權  發展碳化矽晶圓


嘉晶及漢磊


碳化矽/氮化鎵已小量生產 逐漸提升比重


茂矽


投入碳化矽/氮化鎵製程研發


合晶


公司內部組研究團隊


製表:萬惠雯



第三代半導體材料 市場力看好         



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、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15億美金,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13億美金,年複合成長率則可達23%,商機受



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。



但除了技術和生產上的困難外,材料的開發還是需要下游應用的配合,所以單獨切入研發相對困難,還是需要上下游的互相合作,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與英凌結盟,除了技術上的合作,更可以確保未來上游材料的取得以及下游確保出海口。

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