發展碳化硅，襯底是關鍵
2021年8月23日 13:47瀏覽：2138
電動車、5G基建帶動功率元件需求，第3代半導體具重要地位，中國、美國等主要國家紛紛政策推動，海內外企業也爭相投入。產業分析師表示，碳化硅襯底是發展最大關鍵。
中國臺灣工研院產科國際所研究總監楊瑞臨說，第3代半導體近年成為各國政府與產業界關注的熱門焦點，主要有3個催化劑。第一是美國電動車大廠特斯拉（Tesla）搶先采用第3代半導體碳化硅（SiC），讓SiC元件得以實際發揮散熱性佳，及提高電動車續航力等特色。
第二是全球環保意識抬頭，各國政府為達到碳中和、凈零碳排，紛紛訂定淘汰燃油車的時間表，促使車廠加速轉進電動車。第三是中國為記取硅基半導體受制于美國的教訓，政策大力支持發展第3代半導體。
有別于中國砸錢補貼的作法，楊瑞臨表示，美國政府推動的基建計劃中將大舉建置充電樁，這將為第3代半導體SiC創造市場。
第3代半導體是以SiC及氮化鎵（GaN）為主要材料，有別于第1代半導體以硅（Si）、鍺（Ge）為主要材料，及第2代半導體以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、鋁砷化鎵（AlGaAs）為主要材料。
楊瑞臨指出，在高功率應用方面，第3代半導體具備寬能隙、耐高溫和高功率密度等特性；在高頻應用方面，具備低能耗和散熱佳等特性。電動車、5G基建及快充等需求是主要成長動能。
SiC晶體管與碳化硅基GaN晶體管是成長性較高的兩項產品，年復合成長率分別達27%及26%，都需要采用SiC襯底。
此外，SiC功率元件成本架構，也是以包含長晶、切割、研磨的襯底占最大比重，高達50%。其余的磊晶占25%，制造占20%，后段封測占5%。
楊瑞臨表示，SiC襯底制造難度高，是成本高昂的主因。熱場控制及晶種掌握相當關鍵，卻只能土法煉鋼，做中學、學中做。
SiC長晶效率又比Si慢100至200倍，Si長晶約3天即可制造高度200公分晶棒，SiC要7天才能長出2至5公分的晶球。此外，SiC硬且脆，切割、研磨拋光難度高，會有很多報廢物。
科銳（Cree）是全球SiC襯底龍頭廠，市占率超過6成，目前國內有廣運集團旗下盛新材料科技和穩晟材料投入SiC襯底領域。
楊瑞臨說，SiC襯底不僅占功率元件成本比重高，且與產品質量密切相關，SiC襯底將是SiC發展的一大關鍵，包括意法半導體（ST）等廠商皆積極朝上游SiC襯底發展，以強化競爭力，值得廠商參考。
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