化合物半導體,中國

「第三代半導體」一詞,近日掀起一場正名運動。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

吳志毅先前在接受媒體採訪時提到,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、國防與航太等新應用領域興起,化合物半導體在未來將成為重要戰略元件——中國未來真的會在化合物半導體領域成為主導國家嗎?

化合物半導體成重要戰略元件!SEMI:產能 2023 年登頂

根據 SEMI(國際半導體)今日(10/13)釋出的一份報告指出,全球疫情蔓延下,半導體供應鏈一度受影響,但疫後汽車電子產品不斷提升的需求即將復甦。

該份報告指出,全球功率暨化合物半導體元件晶圓廠產能 2023 年可望首次攀至千萬片晶圓大關,達 1,024 萬 WPM(月產能,吋晶圓),並於 2024 年持續增長至 1,060  WPM

吳志毅接受《TechOrange》採訪時分析,中國是最大的化合物半導體市場,具有很大的優勢,比如可以制定規格,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。

2023 年中國將佔化合物半導體產能最大宗,台灣僅 11%

SEMI 的報告也指出,預計到了 2023年,中國將佔全球產能最大宗,達到 33%其次是日本的 17%,歐洲和中東地區 16%,以及台灣 11%

進入 2024 年後該產業將持續走強,月產能再增 36 萬 WPM,而各地區佔比則幾乎無變化。

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同時,2021 年到 2024 年期間 63 家公司月產將增加超過 200 萬 WPM吋晶圓)。其中,英飛凌科技(德國)、華虹半導體(中國)、意法半導體(瑞士)和士蘭微電子(中國)將扮演這波漲勢的領頭羊,共增加達 70 萬 WPM

化合物半導體、矽基半導體差很大,台灣有什麼發展優勢?

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」。

吳志毅分析,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。

因此,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。

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半導體技術沒有「彎道超車」

吳志毅認為,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!」

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目前全球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,而在基板生產的過程中,又以長晶難度最高。

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,但碳化矽目前卻需要 2 個禮拜才能長出不到 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;而氮化鎵製造的成本,同樣的晶片面積更比矽製程多了一百倍!

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。

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(首圖來源:Shutterstock。)