MoneyDJ新聞 2020-03-05 11:22:04 記者 萬惠雯 報導
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)、太極(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
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台積電
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與意法半導體合作切入氮化鎵
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世界
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投入氮化鎵4年多 預計明年小量送樣
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精材
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環球晶
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與GTAT簽約 取得碳化矽晶球長約
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取得中科院專利授權 發展碳化矽晶圓
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嘉晶及漢磊
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碳化矽/氮化鎵已小量生產 逐漸提升比重
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茂矽
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投入碳化矽/氮化鎵製程研發
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合晶
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公司內部組研究團隊
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製表:萬惠雯
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與英飛凌結盟，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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