台股最近很熱的大家都在講,台積電外資喊到1000元了!晶片缺貨漲價啦!但現在最夯的投資,大家在說:現在得碳化矽 (SiC) 基板者將得天下,現在要看第三代半導體!這個材料讓各大集團都甘心砸錢研發,就是因為這個和電動車、5G緊密相連,因為這材料的特性:散熱性佳,又能提高電動車續航力,你看看是不是未來五到十年的大商機啊!
重點來了,那到底什麼是第三代半導體呢?半導體的製程和材料相當複雜,不過在這邊綜合各方研究機構和分析師法人的看法,用白話文和大家分享一下,不同世代的半導體有不同的功能和應用,最大的差別並不是製程的推進,而是在<材料>!
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第一代 矽、鍺 CPU處理器 消費IC
第二代 砷化鎵、磷化銦 手機關鍵晶片
(進入化合物材料)
第三代 氮化鎵、碳化矽 5G 電動車 衛星通訊
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看到這裡應該有點概念了解不同世代半導體有不一樣的應用,不過你可能和我有一樣的問題,
Q1那第一第二代半導體材料會被取代嗎?
A:不會。就像台積電和聯電,一個是先進製程、一個成熟製程,市場都有需求,只是先進技術因為研發難度高所以市場滲透率低,成長的空間比較大。
Q2第三代半導體的特性具體來說是?
A:耐高電壓、高電流,高傳輸效率,第三代半導體碳化矽的特性在於寬能隙(Band Gap)比現有Si(矽)的能隙寬度寬三倍以上,可承受10倍以上的電壓,SiC的低損耗、高功率特性適用在高電壓與大電流的應用場域,在淺顯一點說,我們以後的電動車、綠能、5G基站、雷達及快充都必須要它,所以最主要的三個應用:
1. 利用氮化鎵材料製作5G、高頻通訊的材料
2. 利用氮化鎵製作電源轉換器
3. 碳化矽(SiC)材料的供電晶片
那對應到台股相關個股又有哪些呢?
參考 陳唯泰-跟著我擇機入市 圖表
哪些集團布局了呢?台積電集團研發最早,自己花錢,由最基礎堆疊不同材料的磊晶技術開始研究;而中美晶集團則是結盟最多中下游做整合,旗下環球晶(6488)第三代半導體基板技術也逐漸成形。有機會結合下游相關公司,如:宏捷科、強茂、朋程、台半、茂矽等公司,至於漢民集團,可以說是這塊的最早開始布局化合物半導體的公司,從最早期車用化合物半導體晶片設計(瀚薪)、基板和磊晶技術(嘉晶),到代工製造(漢磊),自己有相當完整的研發體系。
第三代半導體可以當作長期關注而且研究的族群,應用廣族群也大,投資朋友不妨可以研究看看囉~
參考資料 陳唯泰-跟著我擇機入市 財訊 Anue鉅亨網財經新聞 經濟日報陳奕光專欄
鎵和鍺 在 PanSci 科學新聞網 Facebook 的最佳解答
#科基百科 所謂砷化鎵呢,是由鎵和砷兩種元素所合成的化合物,分子式為「GaAs」。
這種化合物是種很常見的半導體材料,會被用來製作微波積體電路、紅外線發光二極體、半導體雷射器和太陽電池等等元件。
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咦?半導體材料?那不是矽 (Si)、鍺 (Ge) 等等元素嗎?
嘿嘿,除了元素之外,化合物也能做半導體喔!
尤其是現在邁向 5G 的新世代,過去的半導體材料會遇到一些困境。
像是「矽」的導通電阻過大,易造成電能損耗,在電子裡跑得不夠快、不能做高頻,又不耐高電壓,不適合做高功率元件。
面對這種種缺點,製作端便需要不斷開發新的材料來尋找別的可能。
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目前第二代半導體材料便是以砷化鎵為主,在製作技術上較為純熟,同時能用來製作高頻元件,但它不耐高電壓,所以仍有不少優化空間。
你可能很好奇,有了第二代,會有第三代嗎?
還真的有,像是氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC) 目前都是非常熱門的新秀,未來最適合 5G 時代的半導體材料之王會是誰呢?讓我們繼續看下去!
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正確用法:新時代來臨?用砷化鎵迎擊!
錯誤用法:堅持用矽,一百年,不許變!
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參考資料:數位時代《5G帶動半導體新戰場,氮化鎵能當下一個材料寵兒嗎?要先克服兩大挑戰》、維基百科《砷化鎵》
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延伸閱讀:
不再只有0與1:台灣團隊發表新世代記憶體材料「鐵酸鉍」的光控技術
https://pansci.asia/archives/flash/162289
導電但不導熱:夢幻的熱電材料「二氧化釩」——《科學月刊》
https://pansci.asia/archives/119044
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鎵和鍺 在 PanSci 科學新聞網 Facebook 的最佳貼文
#科基百科 不是導體、也不是絕緣體的半導體,到底是什麼呢?
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半導體之所以叫半導體,是因為它的導電性介於導體和絕緣體之間,包含矽(Si)、鍺(Ge)等元素,或是砷化鎵(GaAs)、硫化鋅(ZnS)等化合物。
到底是什麼原因,讓半導體具有這樣的特性呢?
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不論是導體、半導體還是絕緣體,皆由許多原子整齊排列而成。上過國中理化的我們也知道,原子內含有許多的電子,而它們也是影響材料導不導電、怎麼導電的關鍵。
當原子們的外層電子合併彼此的能量,就會形成帶狀的「能帶區」,能量較低的稱作「價帶」(valence band)、能量比較高的則稱為「傳導帶」(conduction band)。
電子也和人類一樣,嚮往著穩定生活多美好、三年五年高普考(威~),會傾向往能量較低的價帶移動。因此價帶上總是充滿著電子,傳導帶反而 #查無電子 了。
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這樣的現象若是發生在導體身上,不用擔心!它們的價帶與傳導帶彼此重疊,電子想去哪都可以,導體也因此有著良好的導電性。
如果是在絕緣體身上,則會因為兩者距離遙遠,電子根本無法從價帶移動到傳導帶,也就沒有導電性了。
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那半導體呢?
半導體中的價帶、傳導帶彼此留有完美的距離 #像極了愛情,只要位在價帶的電子獲得足夠能量,就能跑到傳導帶上自由移動,而導電性也就跟著增加囉!
反之,若是能量不夠,電子就沒辦法跳到傳導帶上,此時就不具導電性!
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正確用法:半導體的導電性,介於有和沒有之間
錯誤用法:半導體就是全導體除以 2 啦
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參考資料:寫點科普《晶圓代工爭霸戰:半導體知識(前傳)》、科教館《半導體與發光原理》
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延伸閱讀:
半導體新製程: 奈米碳管 (CNTs)
https://pansci.asia/archives/18590
突破半導體材料限制新契機?二維材料自發磁異向性的新發現
https://pansci.asia/archives/flash/188422
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