第三代半导体争夺战
2020-10-16
14:00:23
来源: 半导体行业观察
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第三代半导体材料成显学，市场看好未来第三代半导体材料的各项优势，但碍于成本仍贵，量产具有难度，为了加快技术上以及生产上的突破，单打独斗困难，各方人马进入团战阶段，愈早把良率提升、成本降低、进入量产，愈快能享受这块未来看好的市场大饼。
据半导体材料分类，第一代半导体材料包括锗以及硅，也是目前最大宗的半导体材料，成本相对便宜，制程技术也最为成熟，应用领域在资讯产业以及微电子产业；第二代半导体材料则包括砷化镓以及磷化铟，主要应用在通讯产业以及照明产业；而第三代半导体才以碳化硅以及氮化镓为代表，则可应用在更高阶的高压功率元件以及高频通讯元件领域。
至于碳化硅以及氮化镓虽然同为第三代半导体材料，但应用略有不同，氮化镓主要用在中压领域约600伏特的产品，一部分会与硅材料的市场重叠，但氮化镓有很好的移动性，适用在频率高的产品，此特性在基站、 5G等高速产品就会很有优势；而碳化硅则可以用在更高压，如上千伏的产品，包括电动车用、高铁或工业用途，具有很好的耐高温以及高压特性。
也因如此，以碳化硅晶圆为例，市场更看好其在车用市场的应用，包括充电桩、新能源车以及马达驱动等领域，据市调机构Yole Developpement表示，碳化硅晶圆到2023年时市场规模可达15亿美金，年复合成长率逾31% ；而用在通讯元件领域，到2023年市场也可达13亿美金，年复合成长率则可达23% ，商机受瞩。
全球半导体大厂跨入第三代半导体材料，已多展开合作、策略结盟或并购，包括IDM厂商意法半导体并购Norstel AB以及法国Exagan、英飞凌收购Siltectra ，以及日商ROHM收购SiCrystal等等；而台厂也争逐第三代半导体材料，以今年上半年台积电(2330)携手意法半导体最具代表性，而此次硅晶圆大厂环球晶与宏捷科的策略私募入股，整合上下游产业链的能力达成互补，加快开发脚步以及瓶颈，打团战比单打独斗，更快可获取市场。
目前第三代半导体材料占比重仍相当低，量产端的困难仍是最大挑战。氮化镓发展瓶颈段仍在基板段，造成氮化镓的成本昂贵且供应量不足，主要是因为氮化镓长在硅上的晶格不匹配，困难度高，另外的困难在于氮化钾产品容易翘曲，所以基板也要特别制造，如果会往上翘，就要在先逆向长氮化镓在硅上，具有相当难度。
以碳化硅来说，技术难度在于第一、在长晶的源头晶种来源就要求相当高的纯度、取得困难，第二，长晶的时间相当长，以一般硅材料长晶来说，平均约3-4天即可长成一根晶棒，但碳化硅晶棒则约需要7天，由于长晶过程中要随着监测温度以及制程的稳定，以免良率不佳，故时间拉长更增添长晶制作过程中的难度；第三则是长晶棒的生成，一般的硅晶棒约可有200公分的长度，但长一根碳化硅的长晶棒只能长出2公分，造成量产的困难。
全球以硅为基础的半导体材料市场约4500亿美金，其中第三代半导体仅才占10亿美金的水准，比重仍相当低，以中美晶来说，目前第三代半导体材料仅占中美晶不到1%的水准，包括碳化硅4吋以及6吋产品、氮化镓8吋的产品，但未来的成长幅度仍很大，不过要商业化的关键即是价格要快速下降，至少要比现在价格还要便宜5成，市场接受度才会提高。
而对于各国的发展脚步，包括美国、日本、欧盟都想把技术建立起来，且化合物半导体应用领域在军事也不少，在大功率的高速交通工具也是关键材料，所以被各国视为战略物资，半绝缘的化合物半导体甚至要拿到证明才可以出口，是相当重要的上游材。
至于整体市场的起飞时间，本来市场认为，在5G和电动车的推波助澜下，2020年第三代半导体材料就会有量，但今年受到新冠疫情影响，整个车用市场大乱，5G布建也受到影响，预估2021年下半年就会比较有量，最快可以应用的还是power相关的产品，但5G以及电动车领域仍是未来撑起市场的重要动能。
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责任编辑：Sophie
