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「寬能隙」半導體的現在與未來

本文作者:任苙萍       點擊: 2020-11-12 15:32
前言:
根據The I n f o rma t i o n Network 統計,2019 年全球功率半導體市值約410 億美元,佔全球半導體市場規模10%。傳統功率分立器件的演進路徑為:二極體、電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET,簡稱MOS)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT)。以MOS作為逆變器(inverter) 開關,固然可將頻率設計得很高以提高轉換效率、節省成本並縮減設備體積;但若需較大的工作電流,須加以並聯使用以提高電源的輸出電流、導致體積和成本增加,且恐損及電路的穩定性和可靠度。現階段,碳化矽(SiC) 與常規IGBT 矽元件的製程技術仍有一段差距。
 
被視為「戰略物資」的第三代半導體——以碳化矽(SiC) 和氮化鎵(GaN) 為首的二元III-V 族「寬能隙」(Wide Band Gap, WBG) 化合物半導體,原就挾著耐高溫、耐高壓、切換快、效率高( 耗損低)等優異物理特性而備受關注,近來更因被中國「十四五計畫」點名列入重點扶植對象而再掀熱議;特斯拉(Tesla) Model 3 採用SiC 功率器件及小米科技發佈GaN 手機充電器,更將之推向高潮。研調機構Research And Markets 預估,化合物半導體市場有望在2020-2024 年增長至117.4 億美元,期間年複合成長率(CAGR) 為6%AE Research 進一步觀察SiC和GaN 功率半導體:預估2025年將超過30 億美元,汽車電子、EV 和鐵路牽引(rail traction) 是主要動能,太陽能應用亦將顯著增加。Grand View Research 更是樂觀看待GaN 市場,表示受到5G通訊E/F/C 類功率放大器帶動,加上EV 車載充電站和充電樁助攻,2027 年全球GaN 半導體器件市場規模將達58.5 億美元,2020-2027 年CAGR 為19.8%。
 
工研院產科國際所材料與化工研究組—材料研究部研究總監鄭華琦評論化合物半導體:砷化鎵(GaAs) 是當下應用最廣泛的射頻(RF) 材料;磷化銦(InP) 主要用於光通訊傳輸,包括光的發射、探測、調製和混合等,是電信和數據通訊應用之收發器雷射二極體不可或缺的模組。新一代氮化鎵在「高功率RF」具明顯優勢,是5G 基地台的必備材料,功率應用以中低壓表現較佳;碳化矽在耐高壓( >600V) 表現較優,大功率是最佳發揮舞台,廣泛應用於車用電子和電力設備等領域。
 

照片人物:工研院產科國際所材料與化工研究組—材料研究部研究總監鄭華琦

 

 
 

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