第三代半導體 激起5G大浪潮
《聯合報》．本報記者簡永祥2021/8/29 上午0:00 321
半導體產業裡每項新材料演進，背後代表新應用和新需求到來。最近在躍居搜尋引擎熱度極高的「第三代化合物半導體」，外界可能以為是新名詞，其實業者投入這項材料研究已多年，這也意謂電動車及5Ｇ的大浪潮來了。
為何稱為第三代化合物半導體，得回溯前二代化合物半導體發展。第一是以矽、鍺等基礎功能材料；第二代進入由兩種以上元素組成的化合物半導體材料，以砷化鎵、磷化銦、鋁砷化鎵等為代表；第三代則是碳化矽、氮化鎵寬能隙化合物半導體材料。
工研院產科國際所研究總監楊瑞臨說，第三代化合物半導體最近成為各國政府與產業界關注的熱門焦點，主要有三個催化劑。首先是美國電動車大廠特斯拉搶先採用第三代半導體碳化矽，在Model 三的逆變器模組上採用碳化矽，讓這項具備耐高溫、低功耗及散熱佳的元件受到重視。
第二，是全球環保意識抬頭，各國政府為達到碳中和、淨零碳排，紛紛訂定淘汰燃油車的時間表，促使車廠加速轉進電動車。
第三是中國大陸為記取矽基半導體受制於美國的教訓，政策大力支持發展第三代半導體。
事實上，除了電動車將大幅採用第三代化合物元件，5Ｇ基地台高頻和手機快充應用，也是驅策第三代化合物市場將呈現蓬勃發展的主要成長動能。
不過，發展第三代化合物半導體最大的瓶頸，是其上游基板的長晶速度非常慢，而且切片後的磊晶，也因為第三代化合物的晶向不完整，增加磊晶的難度。
如果把這類半導體長晶速度和目前以矽為基板的半導體長晶速度相比，矽基長晶爐平均約三天，就可製作高度二百公分的晶棒，碳化矽業界最普遍採用昇華法，則耗費七天才長出二到五公分的晶球，這也造成碳化矽的基板比矽晶圓貴上好幾倍，而掌握碳化矽基板製造的優勢，就等於掌握產業話語權。
目前國內的鴻海、漢民、中美晶及廣運，也以集團式整合製造的結構發展，並朝上游基板發展，建構垂直整合布局，都要在這領域搶攻一席之地。
楊瑞臨則表示，目前最關鍵的碳化矽基板，為科銳及羅姆所寡占，最近意法半導體也有重大突破，宣布瑞典廠成功量產八吋碳化矽基板，他預估未來三到五年，還是整合元件大廠主導的局面。
環球晶近期已完成六吋碳化矽基板小量生產，並送樣給客戶認證，對於意法成功量產八吋碳化矽基板，環球晶董事長徐秀蘭坦言，對方的進度比預期還早二年，集團得加快腳步。但她認為，自二○二一到二○三○年的十年間，六吋碳化矽基板預料還是主流，所以中美晶集團腳步還不算晚。
鴻海日前也宣布買下旺宏六吋廠，切入電動車所需碳化矽功率元件；鴻海董事長劉揚偉強調，集團腳步也不會比其他廠商晚。依他的規劃，以二十五點二億元買下的六吋廠，還要花數十億元進行設備改造，每月生產一點五萬片的功率元件，供集團每月生產三萬輛電動車使用。
鴻海集團的布局，其實也是要掌握一部分功率元件自主性，避免遭整合元件大廠供貨牽制。
另一個還不可忽視的是中國大陸全力發展第三代化合物半導體速度和強度，目前都遠超過台灣。大陸業者主要認為，發展第三代化合物半導體，不必像矽基半導體一樣，事事要看美國臉色，未來可自主發展關鍵設備。
與兩岸第三代化合物半導體廠密切合作的汎銓科技技術長陳榮欽即點出，這個產業就是經驗法則，當你投入的資金用一個長晶爐長出晶球，對岸卻用一千個長晶爐去試，「他們一定會比台灣廠商還快找到最適合的方法」，一旦技術突破，又傾國家之力發展，相信會很快縮短和目前檯面上大廠的競爭差距，對台灣廠商的威脅不容小覷。