碳化硅元件潛力大 IDM到硅晶圓廠爭(zhēng)相擴(kuò)大布局

隨著 5G、電動(dòng)車等新應(yīng)用興起，第三代化合物半導(dǎo)體材料逐漸成為市場(chǎng)焦點(diǎn)，看好碳化硅 (SiC) 等功率半導(dǎo)體元件，在相關(guān)市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)與成長(zhǎng)性，許多 IDM、硅晶圓與晶圓代工廠，均爭(zhēng)相擴(kuò)大布局；即便近來(lái)市場(chǎng)遭遇新冠肺炎等不確定因素襲擊，業(yè)者仍積極投入，盼能搶在爆發(fā)性商機(jī)來(lái)臨前，先站穩(wěn)腳步。

目前全球 95% 以上的半導(dǎo)體元件，都是以第一代半導(dǎo)體材料硅作為基礎(chǔ)功能材料，主要應(yīng)用在資訊與微電子產(chǎn)業(yè)，不過(guò)，隨著電動(dòng)車、5G 等新應(yīng)用興起，推升高頻率、高功率元件需求成長(zhǎng)，硅基半導(dǎo)體受限硅材料的物理性質(zhì)，在性能上有不易突破的瓶頸，也讓廠商開始爭(zhēng)相投入化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域。

第三代半導(dǎo)體材料包括氮化鎵 (GaN)、碳化硅 (SiC) 等寬頻化合物半導(dǎo)體材料，其中，碳化硅具備低導(dǎo)通電阻、高切換頻率、耐高溫與耐高壓等優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于 1200 伏特以上的高壓環(huán)境。

相較于氮化鎵，碳化硅更耐高溫、耐高壓，較適合應(yīng)用于嚴(yán)苛的環(huán)境，應(yīng)用層面廣泛，如風(fēng)電、鐵路等大型交通工具，及太陽(yáng)能逆變器、不斷電系統(tǒng)、智慧電網(wǎng)、電源供應(yīng)器等高功率應(yīng)用領(lǐng)域。

近來(lái)隨著電動(dòng)車與混合動(dòng)力車發(fā)展，碳化硅材料快速在新能源車領(lǐng)域崛起，主要應(yīng)用包括車載充電器、降壓轉(zhuǎn)換器與逆變器。且據(jù)研究機(jī)構(gòu) HIS 與 Yole 預(yù)測(cè)，碳化硅晶圓的全球電力與功率半導(dǎo)體市場(chǎng)產(chǎn)值，將從去年的 13 億美元，擴(kuò)增至 2025 年的 52 億美元。

目前碳化硅晶圓市場(chǎng)由 CREE 獨(dú)霸，市占率高達(dá) 6 成之多，臺(tái)灣硅晶圓大廠、也是全球第三大硅晶圓供應(yīng)商環(huán)球晶，也積極跨入碳化硅晶圓領(lǐng)域，已有產(chǎn)品小量出貨，去年 8 月更宣布與 GTAT 簽訂碳化硅晶球長(zhǎng)約，確保取得長(zhǎng)期穩(wěn)定、且符合市場(chǎng)需求的碳化硅晶球供應(yīng)，以加速碳化硅晶圓產(chǎn)品發(fā)展。

另一家臺(tái)灣硅晶圓廠合晶也持續(xù)關(guān)注碳化硅或氮化鎵產(chǎn)品，并評(píng)估進(jìn)行策略合作，未來(lái)可能與其他廠商結(jié)盟。韓國(guó)唯一的半導(dǎo)體硅晶圓廠 SK Siltron，也呼應(yīng)韓國(guó)政府近來(lái)推動(dòng)的材料技術(shù)自主化政策，今年 2 月底收購(gòu)美國(guó)化學(xué)大廠杜邦 (DuPont) 的碳化硅晶圓事業(yè)，積極切入次世代半導(dǎo)體晶圓技術(shù)。

除硅晶圓廠外，臺(tái)灣投入碳化硅領(lǐng)域的還包括布局最早的漢磊投控 (3707-TW) ，已在此領(lǐng)域建立完整生產(chǎn)鏈，旗下磊晶硅晶圓廠嘉晶 (3016-TW) 切入 4 吋與 6 吋 SiC 磊晶硅晶圓代工服務(wù)，已獲客戶認(rèn)證并量產(chǎn)；同集團(tuán)的晶圓代工廠漢磊科，則提供 SiC Diode、SiC MOSFET 代工服務(wù)。

近來(lái)新加入市場(chǎng)的，還有尋求新事業(yè)發(fā)展的太陽(yáng)能廠太極。太極上 (2) 月與中科院簽署碳化硅專利授權(quán)合作開發(fā)合約，將著墨在碳化硅長(zhǎng)晶與基板，初期切入高壓功率元件應(yīng)用市場(chǎng)，最快第 4 季可量產(chǎn)基板。

而在 IDM 廠方面，除英飛凌 (Infineon)、羅姆 (ROHM) 等 IDM 大廠積極布局外，安森美半導(dǎo)體 (ON Semiconductor) 也在本月與 GTAT 簽訂 5 年碳化硅材料供給協(xié)議。

雖然受限成本與技術(shù)門檻較高、產(chǎn)品良率不高等因素，使碳化硅晶圓短期內(nèi)難普及，但隨著既有廠商與新進(jìn)者相繼擴(kuò)增產(chǎn)能布局，且在電動(dòng)車、5G 等需求持續(xù)驅(qū)動(dòng)下，可望加速碳化硅晶圓產(chǎn)業(yè)發(fā)展。