第三代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)與氮化鎵(GaN)的發(fā)展

5G將于2020年將邁入商用，加上汽車走向智慧化、聯(lián)網(wǎng)化與電動(dòng)化的趨勢，將帶動(dòng)第三代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)與氮化鎵(GaN)的發(fā)展。根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院估計(jì)，2018年全球SiC基板產(chǎn)值將達(dá)1.8億美元，而GaN基板產(chǎn)值僅約3百萬美元。

拓墣產(chǎn)業(yè)研究院指出，相較目前主流的硅晶圓(Si)，第三代半導(dǎo)體材料SiC及GaN除了耐高電壓的特色外，也分別具備耐高溫與適合在高頻操作下的優(yōu)勢，不僅可使芯片面積可大幅減少，并能簡化周邊電路的設(shè)計(jì)，達(dá)到減少模組、系統(tǒng)周邊的零組件及冷卻系統(tǒng)的體積。除了輕化車輛設(shè)計(jì)之外，因第三代半導(dǎo)體的低導(dǎo)通電阻及低切換損失的特性，也能大幅降低車輛運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的能源轉(zhuǎn)換損失，兩者對于電動(dòng)車?yán)m(xù)航力的提升有相當(dāng)?shù)膸椭Ｒ虼?，SiC及GaN功率組件的技術(shù)與市場發(fā)展，與電動(dòng)車的發(fā)展密不可分。

然而，SiC材料仍在驗(yàn)證與導(dǎo)入階段，在現(xiàn)階段車用領(lǐng)域僅應(yīng)用于賽車上，因此，全球現(xiàn)階段的車用功率組件，采用SiC的解決方案的面積不到千分之一。另一方面，目前市場上的GaN功率組件則以GaN-on-SiC及GaN-on-Si兩種晶圓進(jìn)行制造，其中GaN-on-SiC在散熱性能上最具優(yōu)勢，相當(dāng)適合應(yīng)用在高溫、高頻的操作環(huán)境，因此以5G基站的應(yīng)用能見度最高，預(yù)期SiC基板未來五年在通過車廠驗(yàn)證與2020年5G商用的帶動(dòng)下，將進(jìn)入高速成長期。

盡管GaN基板在面積大型化的過程中，成本居高不下，造成GaN基板的產(chǎn)值目前仍小于SiC基板。但GaN能在高頻操作的優(yōu)勢，仍是各大科技廠矚目的焦點(diǎn)。除了高規(guī)格產(chǎn)品使用GaN-on-SiC的技術(shù)外，GaN-on-Si透過其成本優(yōu)勢，成為目前GaN功率組件的市場主流，在車用、智能手機(jī)所需的電源管理芯片及充電系統(tǒng)的應(yīng)用最具成長性。

拓墣產(chǎn)業(yè)研究院指出，觀察供應(yīng)鏈的發(fā)展，由于5G及汽車科技正處于產(chǎn)業(yè)成長趨勢的重心，供應(yīng)鏈已發(fā)展出晶圓代工模式，提供客戶SiC及GaN的代工業(yè)務(wù)服務(wù)，改變過去僅由Cree、Infineon、Qorvo等整合組件大廠供應(yīng)的狀況。GaN的部分，有臺積電及世界先進(jìn)提供GaN-on-Si的代工業(yè)務(wù)，穩(wěn)懋則專攻GaN-on-SiC領(lǐng)域瞄準(zhǔn)5G基站的商機(jī)。另外，X-Fab、漢磊及環(huán)宇也提供SiC及GaN的代工業(yè)務(wù)。隨著代工業(yè)務(wù)的帶動(dòng)，第三代半導(dǎo)體材料的市場規(guī)模也將進(jìn)一步擴(kuò)大。