台積電搶先佈局..半導體材料全面進化 第三代半導體到底在夯什麼?

段詩潔
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半導體材料革命吸引全球企業投資熱潮。(圖片來源/Pixabay)

第三代半導體好夯!材料革命吸引全球企業投資熱潮,面對龐大商機的同時,很多人還是霧煞煞,到底什麼是第三代半導體?

半導體材料歷經3個發展階段,第一代是矽(Si)、鍺(Ge)等基礎功能材料;第二代則進入2種以上元素組成的化合物半導體材料,以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為代表,是1980年代發展出來的技術;第三代則是氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)等寬頻化合物半導體材料,是2000年之後才開始投入市場的新技術。

5G、電動車等需求推升,第三代半導體材料適合功率半導體應用

大多數半導體元件都是以矽作為基礎材料,不過,矽基半導體受限矽材料的物理性質,性能不如化合物半導體材料。第二、三代不會取代第一代,而是依據不同的特性應用在其專長領域。第二、三代半導體材料重要特性為寬能隙,因此有耐高電壓、高電流的特性。

氮化鎵、碳化矽則有高頻、高壓等優勢,加上導電性、散熱性佳,元件體積較小,適合功率半導體應用。近來在 5G、電動車等需求推升下,也成為明日之星。中國在第一代與第二代半導體布局嚴重落後,在新的「十四五規畫」中,就預計投資10兆元台幣,發展第三代半導體。

第一代矽材料仍占9成

即使第三代半導體受到矚目,根據工研院產科國際所統計,目前第一代半導體材料市占率約9成,第二、三代合計約1成,如果只看第3代半導體,大概只有1/100。化合物功率半導體(就是第二代、第三代半導體)去年市場規模約298億美元,預估2030年可上看435億美元。

第二代半導體中,大家較為耳熟能詳的可能是砷化鎵,因應5G需求,砷化鎵三雄穩懋、全新、宏捷科都曾經大漲一波;這些公司在第三代半導體領域腳步也相當積極,中美晶則是另一股積極投資第三代半導體的勢力,在去年底成為宏捷科最大股東,切入通訊用化合物半導體製造。

想像空間不小,題材轉否轉為實質獲利?

台積電在這個領域早已發展多年,台積電已經為意法半島體生產車用的化合物半導體晶片。漢民集團則是最早布局化合物半導體的公司,之前有瀚薪負責車用化合物半導體晶片設計瀚薪、嘉晶負責基板和磊晶技術、漢磊負責代工製造。

富采(原晶電)由於LED製造需要化合物半導體磊晶技術,2018年也將旗下代工事業分割出來,成立晶成半導體,專攻化合物半導體製造,目前晶成也有能力提供矽基氮化鎵功率半導體製造服務。 半導體上游的環球晶,也早已投入第3代半導體領域,氮化鎵產品已進入量產階段。

雖然第三代半導體想像空間不小,不過短期來說,碳化矽、氮化鎵等複合材料良率仍在持續改善中,成本也居高不下,就投資而言,最好找原本體質及獲利就不錯、以及在此領域研發已經開始有成果的公司,才能將題材轉為實質獲利。

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