第3代半导体掀投资热,碳化硅基板是发展关键

电动汽车、5G基建带动功率组件需求,第3代半导体具重要地位,中国、美国等主要国家纷纷政策推动,海外企业也争相投入。产业分析师表示,碳化硅基板是发展最大关键。

工研院产科国际所研究总监杨瑞临说,第3代半导体近年成为各国政府与产业界关注的热门焦点,主要有3个催化剂。第一是美国电动汽车大厂特斯拉(Tesla)抢先采用第3代半导体碳化硅(SiC),让SiC组件得以实际发挥散热性佳,及提高电动汽车续航力等特色。

第二是全球环保意识抬头,各国政府为达到碳中和、净零碳排,纷纷制定淘汰燃油车的时间表,促使车厂加速转换电动汽车。第三是中国为吸取硅基半导体受制于美国的教训,政策大力支持发展第3代半导体。

有别于中国砸钱补贴的做法,杨瑞临表示,美国政府推动的基建计划中将大举构建充电桩,这将为第3代半导体SiC创造市场。

第3代半导体是以SiC及氮化镓(GaN)为主要材料,有别于第1代半导体以硅(Si)、锗(Ge)为主要材料,及第2代半导体以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、铝砷化镓(AlGaAs)为主要材料。

杨瑞临指出,在高功率应用方面,第3代半导体具备宽能隙、耐高温和高功率密度等特性;在高频应用方面,具备低能耗和散热佳等特性。电动汽车、5G基建及快充等需求是主要增长动能。

SiC晶体管与碳化硅基GaN晶体管是增长性较高的两项产品,年复合增长率分别达27%及26%,都需要采用SiC基板。

此外,SiC功率组件成本架构,也是以包含长晶、切割、研磨的基板占最大比重,高达50%。其余的磊晶占25%,制造占20%,后段封测占5%。

杨瑞临表示,SiC基板制造难度高,是成本高昂的主因。热场控制及晶种掌握相当关键,却只能土法炼钢,做中学、学中做。

SiC长晶效率又比Si慢100至200倍,Si长晶约3天即可制造高度200厘米晶棒,SiC要7天才能长出2至5厘米的晶球。此外,SiC硬且脆,切割、研磨抛光难度高,会有很多报废物。

科锐(Cree)是全球SiC基板龙头厂,市场占有率超过6成,目前台湾有广运集团旗下盛新材料科技和稳晟材料投入SiC基板领域。

杨瑞临说,SiC基板不仅占功率组件成本比重高,且与产品品质密切相关,SiC基板将是SiC发展的一大关键,包括意法半导体(ST)等厂商皆积极朝上游SiC基板发展,以强化竞争力,值得台湾厂商参考。 (首图为SiC Waffer;图片来源:英飞凌;记者:张建中)

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