第三代半导体争夺战

    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。
 

第三代半导体前景

    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。

各方人马合作/结盟/并购动作积极

    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。

氮化镓难度在晶格,碳化硅晶种、长晶都是挑战

    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。

价格仍是普及的最大关键

    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。

(信息来源:半导体行业观察)

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