第三類半導體

氮化鎵(GaN)

更新時間:2023年02月06日 註:數字代表公司家數

概況

電動車龍頭特斯拉(Tesla)於2018年,發表平價車款Model 3,首度在電動車變流器設計中,導入意法半導體(STM)的SiC(碳化矽)MOSFET,立刻引發市場高度關注。

特斯拉執行長馬斯克採用SiC晶片,使得逆變器體積縮小,打造出更流線的車體,由於SiC擁有承受更高功率、提高導電效率及減少發熱等特性,得以提高Model 3的續航里程。

第三類半導體-GaN(氮化鎵)

第三類半導體目前以GaN(氮化鎵)、SiC(碳化矽)為主要發展材料,其並不是用來取代傳統材料Si(矽)、GaAs(砷化鎵),而是因應新市場需求而發展。相較於第一類半導體的材料矽、第二類半導體材料的砷化鎵、磷化銦,第三類半導體能夠承受更高功率、高頻率,散熱性能也更好。

一般而言,GaN適用於高頻產品,聚焦基地台、射頻(RF)元件和毫米波等領域,應用於5G基地台、低軌衛星、雷達等;也可以製作高頻功率元件,應用於充電器等消費性電子領域。GaN主要用於電壓100至600伏特產品。

GaN轉換能源效率佳,可幫助減排CO2;開關速度是Si的10倍以上,低阻抗是Si的兩倍以上,可節能50%。

受限於物理特性,GaN無法製作大尺寸以及高厚度可量產的基板,只能使用其他能隙的材料來做晶種成長,如以半絕緣碳化矽晶圓做基板,成長氮化鎵磊晶(GaN on SiC)、矽晶圓做基板成長氮化鎵磊晶(GaN on Si)。

依據Trendforce,GaN功率元件主要應用於消費性產品,2025年市場規模將達8.5億美元,2020~2025複合年均成長率(CAGR)達78%。前三大應用佔比為消費性電子60%、新能源車20%、通訊及資料中心15%。

第三類半導體 氮化鎵(GaN)產業鏈

項目 項目 / 功能說明
基板(Substrate)

基板(Substrate)

以碳化矽來說,將碳化矽的粉體倒入長晶爐,透過高溫加熱,讓粉體變成蒸汽,冷凝後黏著在晶種上,形成碳化矽晶錠。之後將晶錠切割、修磨,變成基板。

磊晶(Epitaxy)

磊晶(Epitaxy)

指透過在原有的基板上,長出薄薄一層結晶,以達到強化工作效能的目標。IC設計

晶圓製造

晶圓製造

從 IC 設計廠拿到的「電路設計圖」透過光學成像的原理轉移到「矽晶圓」上,最後依照設計圖架構,在矽晶元上集成化所需的電子元件。

封裝測試

封裝測試

封裝 (Package):將晶圓廠生產的晶片,以塑膠、陶瓷、金屬外殼包裝起來,以保護晶片在工作時不受外界的水氣、灰塵、靜電等影響。測試 (Test):將製作好的晶片進行點收測試,檢驗晶片是否可以正常工作,以確定每片晶圓的可靠度與良率。

IDM

IDM

IDM(Integrated Design and Manufacture)指從設計、製造、封裝測試到銷售自有品牌IC都一手包辦的半導體垂直整合型公司。