半導體

「第三代半導體」一詞近期掀起了一場正名運動,工研院電光所所長吳志毅指出,第三代半導體其實是中國取的名稱,建議台灣產官學界應當與國際統一,將碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等正名為「化合物半導體」,日前也在《TechOrange》引起讀者們熱烈討論。

《TechOrange》年度趨勢論壇 2021 CONNECT 便邀來了掀起這場正名的關鍵人物吳志毅,以及台經院產經資料庫總監劉佩真與廣大讀者一同對談:台灣如何把握「化合物半導體」帶來的新機會?

吳志毅先前提到,中國之所以會有第三代半導體的名稱,是因為過去中國在以矽為主的第一代半導體與砷化鎵(GaAs)及磷化銦(InP)的第二代半導體都落後國際,因此才想在化合物半導體領域成為主要領導國。

隨著 5G 通訊、電動車、綠能成為主流,化合物半導體在未來將成為重要戰略元件。吳志毅分析,中國是最大的化合物半導體市場,具有很大的優勢可以制定規格、擁有較好價格控制能力,因此該國早在多年前就投入了化合物半導體的研發。

化合物半導體、矽基半導體差很大,台灣有什麼發展優勢?

至於台灣應該如何應對與布局化合物半導體領域?吳志毅坦言,台灣目前在這塊在全球領先地位不如矽半導體那麼高,「甚至不到全球前三名」。

但台灣也有自己獨特的優勢:完整的半導體生態鏈,包括晶片的製造、IC 的設計到封裝、設計、次系統以及應用等。

吳志毅說,台灣的優勢是發展了 40 幾年的半導體供應鏈完善體系,與全球其他國家相比台灣都會是最完整的。不過他也說,這樣的生態系並不能 100% 從矽半導體轉化到化合物半導體,必須掌握發展的關鍵。

發展化合物半導體,長晶領域是關鍵

而發展化合物半導體的關鍵之一,就是要有掌握最上游材料端的能力,「到目前為止即使中國花了很多資源投入在發展化合物半導體,但現在最上游的材料,80% 至 90% 都還掌握在歐美與日本的手上。」

美國早就就投入了碳化矽的開發,例如最大的碳化矽廠商科銳(Cree),早在 30 年前就從國防工業切入化合物半導體領域的研發工作。

而在原物料方面,美、歐、日佔有絕對領先地位,吳志毅認為,台灣要發展自己的化合物半導體產業,就必須從原物料與設備開始,結合台灣本身具有優勢的晶片設計、製造、封裝等,才能讓台灣在化合物半導體這一領域進入至領先群。

他以韓國與日本的半導體競合關係舉例,幾年前日本就曾掐住韓國原物料來源,「韓國就算想發展也沒辦法動,」因此他認為,台灣必須有系統地建立生產上游原物料的設備,事實上,台灣的煉鋼廠、鋼鐵廠都有純碳的來源,關鍵其實在於「長晶」的技術。

「化合物半導體的長晶技術上來說,溫度和難度遠高於矽半導體的長晶!」

目前全碳化矽由美日廠商寡占,關鍵因素就是因為美日廠掌握了基板料源,在傳統的矽材基板生產,約只需 3-4 天即能長出約 200-300cm 的晶棒,但碳化矽卻需要 2 個禮拜才能長出 10 公分長度。

而在溫度方面,傳統矽只需要約 1,500 度,但碳化矽所需溫度高達 2,500 度,也讓長晶難度更高,良率與產量都是發展瓶頸。

但半導體發展沒有彎道超車,我們必須一步一腳印建立上游供應鏈體系。」吳志毅說。

中國政府砸大錢發展「第三代半導體」,台灣政府如何協助產業?

面對中國砸大錢補助該國「第三代半導體」產業,劉佩真則認為,台灣政府應當發揮的地方並不是在砸錢,而是協助業者讓基礎設施,如水與電、土地取得與環評上,能夠更穩定與順利另一個關鍵點則是人才培育。

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劉佩真說,目前由於中國面臨美國在相關政策上「卡脖子」問題,半導體國產化的進度受到阻礙,無法像過去透過海外收購的捷徑建立半導體供應鏈。

而台灣與中國語言相同、文化接近,因此中國希望藉由台灣人才來完成目標,再加上台灣半導體業者的薪資水準無法跟上全球,因此過去中國對台灣半導體人才進行大量挖角,而現在疫情導致台灣半導體國際競爭力大爆發,讓台灣半導體發展願景的能見度提高,現階段流失人才的程度也受到了有效的控制,而目前台灣政府已斥資 96 億元成立半導體學院,「這是比較拋磚引玉的做法。」

不過,面臨中國對台灣人才進行的大量挖角,她也建議半導體業者應該主動出擊,包括調薪、增加員工福利,在海外設廠的業者也應當積極獵取海外優秀人才。

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各國積極拚「半導體國產化」,是福是禍?

劉佩真則指出,不管是美中科技戰或者受到疫情影響,各國都正致力於建立自己的半導體供應鏈,完善供應鏈的上中下游。

例如美國就祭出了晶圓代工法案,投入 520 億美金扶植半導體,半導體第三大國的韓國,也提出半導體系統的發展願景「K 半導體戰略」,日本則投入 2000 億日圓扶植半導體製造,歐盟也提出 2030 年的數位羅盤計畫,力拼全球晶片產量占 20%。

目前中國現在正推出第二期的集成電路大基金,規模達到 2000 億人民幣以上,在十四五計畫中也融入了所謂「第三代半導體」的相關政策。

除了半導體,電動車產業也可望造出台灣下一座護國神山!

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劉佩真分析,這樣的半導體國產化趨勢,將會在未來打破過去 30 年自由貿易政策的運作。

過去各國依照比較利益各自進行生產,未來若「半導體國產化」可能將會造成半導體前期投資成本,包括資本支出與研發增加 900 億至 1.2 兆美金之多,每年要新增的營運成本,也會高達 450 億至 1250 億美元。

在這樣的趨勢之下,半導體價格將上漲 35% 至 65%,除了在半導體技術演進上會變得緩慢,終端的消費性電子產品、資通訊產品都會因此面臨漲價問題,「未來各國必須要在半導體供應鏈的韌性以及效率之間取得平衡,否則各國推動半導體國產化,就像台積電創辦人張忠謀先生所說,這一趨勢對於全球半導體是福是禍,還值得觀察。

(首圖來源:Shutterstock。)