隨高頻、高壓等應用領域蓬勃發展,包括電動車、綠能、5G基站、雷達偵測及快充等應用快速崛起,第三代半導體材料發展廣受矚目。

第三代半導體材料是以碳化矽(SiC)及氮化鎵(GaN)為材料主流。相較傳統第一、二代材料如矽(Si)、砷化鎵(GaAs)等,第三代半導體具備高功率、耐高溫、高崩潰電壓、高電流密度及高頻等特性,更能因應電動車、綠能、5G基站、雷達及快充等發展趨勢,其中以SiC-on-SiC、GaN-on-SiC、GaN-on-Si最具發展性。

生產半導體晶片(IC)的晶圓係由磊晶(EPI)及基板(Substrate)所組成。就第三代半導體而言,最常見的組合有四:(1)SiC-on-SiC:應用在高壓/高功率市場,包括電動車、高鐵、綠電等領域,底下基板是採用N型(電力型)SiC。(2)GaN-on-SiC:應用於高頻率的通訊元件,包括雷達站、基地台等,底下基板是採用SI型(半絕緣型)SiC。(3)GaN-on-GaN:應用於RF射頻領域,但由於GaN基板只能做到2~3吋(SiC可做到4~6吋),因此較不符合成本效益。(4)GaN-on-Si:成本較低,未來可望大量應用於消費型電子市場,如手機和NB快充。

國際GaN元件供應商除Cree和ROHM等外,主要集中在上游IC設計及IDM廠,可歸類為三五族公司(Skyworks、Qorvo、Broadcom、MURATA),以及功率元件公司(英飛凌、STM、NXP、TI)等。國內則集中在晶圓代工廠,包括台積電、穩懋、世界先進、漢磊,以及EPI廠全新、嘉晶、環球晶。

SiC供應鏈較複雜,分為長晶/晶錠、晶圓加工(切磨拋)、磊晶(EPI)、IC設計及Fab製造。國際大廠以Cree及ROHM布局範圍囊括上下游業務最全面。

國內供應商集中wafer加工及EPI,包括環球晶、全新、嘉晶等,Fad製造為穩懋及漢磊,太極能源子公司-盛新材料布局長晶,生產SI型SiC基板,目前進入產品送樣階段。SiC長晶效率及良率較矽晶圓低很多,一旦成功想像空間大。

大陸也將第三代半導體納入十四五規畫中,可見其重視程度。然短期而言,SiC、GaN等複合材料良率仍在緩慢爬升階段,成本居高不下,限制其滲透速度。現階段具SiC、GaN題材、且本業展望良好的公司,包括環球晶及穩懋、宏捷科、全新。美股則包括Skyworks、Qorvo、Avago等國際大廠。

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