全台唯一碳化矽雙晶錠產能！廣運集團全力布局第3類半導體，為何還難如「矇眼打高爾夫」？

其實第3類半導體存在已久，過去較少引發關注主要有兩個原因：應用場景少、製作難度高。

在應用面，隨著電動車、5G、綠能及衛星通訊等領域的採用，加上各類新科技應用陸續冒出頭，包括近期熱議的元宇宙在內，對於碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）這類第3類半導體材料的需求持續增溫。

至於製作的難度，盛新材料董事長謝明凱鮮活地形容：「有如矇著眼睛打高爾夫，還要求你一桿進洞。」

2020年6月才成立的盛新材料（後稱盛新），是專門生產第3代半導體上游碳化矽晶錠及基板的製造商，碳化矽應用類別主要可分為導電型（如車載應用）、半絕緣型（如5G通訊）兩種，盛新最大優勢在於可同時提供這兩類特性4吋及6吋的碳化矽基板，還掌握自製晶種（如單晶／多晶）和機電的技術，現在已經開始小量供貨。為何一家成立僅僅1年多的新創公司，可以有如此成績？

失敗就得全丟，1個月燒700萬元

盛新並非單打獨鬥，它是由廣運機械集團及其子公司太極能源在2020年合作成立的孫公司。廣運集團擅長做自動化系統、物流倉儲設備；太極能源本來是做太陽能電池片，也會用到碳化矽材料。

兼任太極能源總經理的謝明凱回憶，4年前太極開始探索發展新事業的可能性，團隊研究後，看到了第3類半導體的市場潛力，便開始評估投入碳化矽領域，不僅找來法人機構談專利授權，還結合廣運做設備的力量，一步步的打造出今天的盛新。

如今，盛新掌握的碳化矽長晶技術，採用「物理氣相傳輸法」（Physical Vapor Transport，PVT），即一種生成碳化矽晶體的主流技術。

謝明凱進一步解釋，設備會將底部的碳化矽原料，加熱到攝氏2,500度的高溫，讓原料分解、昇華到坩堝（實驗室中較耐高溫、堅固的杯狀器皿）頂部晶種處凝華，最終形成碳化矽單晶（monocrystal或single crystal）。碳化矽長晶需要約7天才能長出約1.5～2公分的高度，整個過程在石墨坩堝的黑盒子中完成，完全看不到晶體生長狀況。

小辭典

【長晶】crystal growth，利用晶體物質相變（如液體氣體）情況，結晶微顆粒的表面逐漸沉積更多固體，最後生長成大型晶體顆粒。

【單晶】指凝固過程經嚴謹控制，原子的聚集僅從一處成長（排列整齊），未具有晶界缺陷的結晶材料，具有重要工業價值。

【晶型】即晶體分子的結構型式，化學成分相同或基本相同（允許有少量的類質成分替代）的原子組成，排列方式不同、物性各有不同。

長晶全程到最後，要等到破壞坩堝、取出碳化矽晶體，才會知道成敗。「最難的是持續抓到穩定生產的方法。」謝明凱解釋，碳化矽有200多種相近的晶型（Polytype），要做出大尺寸、無缺陷的晶型，需要非常精確的熱場、流場、電性等眾多因素的搭配，「有時候，同樣的製作方法，昨天可以、但今天失敗，不知道要朝哪個方向調整。」

由於所有材料都是一次性成本，如果最後失敗了，就是整批材料浪費掉，所以盛新在研發成本上也很傷，1個月就要燒掉700萬元，但如果是跟別人購買長晶爐，許多技術又會受制於他人，還得付出高昂專利費用。

能夠成功克服高難度技術，除了太極能源過去在生產太陽能設備時，已經具備半導體研發經驗之外，廣運機械的設備支援也發揮關鍵角色。謝明凱表示，廣運成功自製碳化矽長晶爐，擁有加熱系統功率穩定、創新的石英管，以及坩堝升降機構，避免皮帶張力產生的問題等特色。

祕密武器：自製設備、AI戰情中心

為確保生產過程更穩定，盛新也成立AI戰情中心，導入廣運和太極多年累積的數據與研發經驗，讓AI系統找出成功率最高的生產數值，「這是我們比別人有優勢的地方。」謝明凱說，有了這套系統，機台參數可以做到精細調整，碳化矽也可以在無人關燈工廠裡自動化生產，現在半絕緣型的碳化矽，良率平均都有70％以上。

從供應鏈來看，盛新負責生產碳化矽晶錠、基板，提供給下游磊晶廠商。目前，盛新給客戶的產品，雖然大多還在做品質認證階段，但是需求數量已經很大。謝明凱透露，某家客戶每月有150片的需求，也開始小量交貨，待認證通過後，就可以簽長約，每月平均營收可望突破百萬元。

「製作難度上來說，半絕緣型難度較高、市場價格也比較貴。」不過謝明凱認為，跟車載用的導電型相比，市場成長速度較慢，因此現在投入較多資源在研發導電型產品；由於碳化矽導電型成分中含有「氮」，空氣中的成分中也有氮，製作過程要排除環境影響，因此難度也不低。

整體策略上，盛新半絕緣、導電型產品會並進，因為電動車日後也會需要搭配通訊才能發展車聯網。之所以會從製作難度較高的碳化矽下手，謝明凱表示，是根據過去廣運做太陽能的經驗，發現若產品技術門檻不高，對手很快可以找到超越方法，才會逆向操作，從最難的地方叩關。

目前，盛新為了開發新產品，將部分機台挪做研發，因此碳化矽導電型晶圓實際月產能約200片，如果火力全開，月產能可以到400片。「現在光是應付認證需求，機台就已經不太夠。」謝明凱預估，在2022年底，機台總數可以達到60多台，都會是4、6、8吋通用，月產能可達2,000片。

考量到第3類半導體製程支出龐大，必須透過資本市場的力量，才能快速擴大規模，盛新也計畫於2022年底登入興櫃，目標在2～3年內進入科技類股。相較於其他國家，台灣第3類半導體產業起步較慢，謝明凱指出，美中對抗下，第3類半導體供應鏈也將壁壘分明，不想用中國、競爭對手的產品，替代方案就很有限，「國跟國之間的貿易，或是企業之間的態勢，都提供台灣崛起很大的機會。」

盛新材料

成立：2020年
董事長：謝明凱
關鍵技術：雙晶錠製程，全球少數可同時生產4吋及6吋「碳化矽半絕緣」型（5G通訊應用），以及「碳化矽導電」型（車載應用），各名列台灣第1、全球前5。
目標：開發6吋碳化矽導電型產品；2022年長晶爐數量達60台，月產能2,000片

責任編輯：吳佩臻、張庭銉

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