決定台灣未來的SiC、GaN
2021/1/11(一)大家早,我是 LEO
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■ 什麼是SiC 及GaN
碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)現在全世界矚目的焦點,全新的第三代半導體材料,相較於第一代半導體材料的矽(Si)、第二代半導體材料的砷化鎵(GaAs)相比,承受更高電壓,電流更快通過,具有低耗能等優點,兩者都被稱為未來半導體界的明日之星。
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也許有些人還不知道什麼是半導體,一般的材料導電或不導電(絕緣)分成導體與非導體(絕緣體),半導體它厲害的地方在於,將它施加電壓時就會導電、不施加電壓時就會絕緣-不導電,導電與否的能力就是由材料的傳導性質所決定,光是這個發現就得了一個物理諾貝爾獎。
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碳化矽、氮化鎵兩者都是未來半導體的關鍵材料,節能減碳的趨勢,各種未來的新興產業,快速充電、車用LiDAR、資料中心、無線充電、電動車、太陽能發電、直流電網、充電樁…等應用都需要高轉換效率的功率半導體。
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■ 寬能隙半導體
為什麼碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)被稱為「寬能隙半導體」,因為它的能隙是Si的三倍多,崩潰電場是Si十倍多,能隙(bandgap)決定了半導體的崩潰電場,就是能承受住多大的電壓,能隙越寬,越能耐高電壓、高電流、高能源轉換效率,矽的能隙寬約是1.17 eV,SiC的能隙寬為3.26 eV,GaN的為3.5eV。
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兩者相比氮化鎵能隙更寬,電子遷移率更高,但熱導率卻更低,耐輻射性能也更優異,被認為更有機會實現低導通電阻、高開關速度的材料。
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■ 全世界競相押寶發展
日本是全球第一個研發氮化鎵的國家,去年10月日本經濟產業省傳出全力發展氮化鎵,5年內撥款90兆日圓 (約25.2兆台幣),動用國家隊力量,資助研發氮化鎵的大學與企業。
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但是,目前碳化矽發展比氮化鎵更成熟,市場研究機構Yole Developpement估計,到2025年SiC元件市場營收將佔據整體電力電子市場的10%以上,同時GaN元件的營收比例則會超過2%。
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SiC元件的知名供應商包括意法半導體(ST)、Cree/Wolfspeed、羅姆(Rohm)、英飛凌(Infineon)、安森美(OnSemi)以及三菱(Mitsubishi Electric),GaN元件的主要供應商,包括PI (Power Integrations)與英飛凌,還有新創公司Navitas Semiconductor、Efficient Power Conversion (EPC)、GaN Systems與Transphorm。
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■ 領頭羊科銳Cree的決心
目前全球SiC龍頭Cree美商科銳,過去30年原本是 LED的領導廠商,全球排名第三,2018年起轉型發展第三代半導體碳化矽材料,並出售LED賺錢業務,下定決心,立志在成為碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)元件領域的強權,2018年EPS -2.81元,2019年 -3.62元,2020年 -1.78元,跨入SiC後大量資本資出,甚至虧損累累,但是最近一年卻飆漲 137%,股價更飆上121.67美元,創歷史新高。
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由此可見市場現在高度期待的是未來電動車、5G、軌道交通、電網、太陽能的廣泛應用,甚至有朝一日全面取代矽基半導體,試想虧錢就飆成這樣,如果開始獲利,股價可能會漲到外太空。
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目前SiC元件最成功的市場領域在電動/混合動力車市場,GaN元件應用於高階智慧型手機的快速充電應用,將成為未來五年的成長主力,Tesla Model 3就採用意法半導體(STM)的SiC半導體模組。
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■ 台灣半導體射月計畫
不管是日本、美國、歐洲、甚至中國都全力發展第三代半導體材料並列入145計畫,除了電動車、節能應用,SiC跟國防、航太有都關係,Si元件工作溫度上限是攝氏100度,SiC可以到200度,特殊設計可以到300度。
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SiC抗輻射,可應用在核電廠,NASA也應用在太空科技上,這種技術國外不可能轉給台灣,政府要求工研院投入研發,成功後把技術和人才完全移轉給漢磊與嘉晶,因為當時只有他們率先投入,這就是台灣的半導體射月計畫。
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■ 漢磊、嘉晶佈局最早
經過8年多的耕耘、著墨最深,領先其他廠商,嘉晶(3016)是國內唯一有能力量產4吋、6吋碳化矽磊晶及6吋氮化鎵磊晶的公司,擁有磊晶專利技術,品質也獲得國際IDM大廠認可。6吋碳化矽晶圓已在試產階段,客戶端電動車需求最大,只要通過驗證,就開始出貨、貢獻營收。
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漢磊(3707),它的650伏特高壓氮化鎵已經通過電動車的車用標準認證,並且開始逐漸導入,吸引國外與台灣多家電動車相關業者洽談合作,未來電動車對SiC、GaN有很高的需求,就連環球晶董座徐秀蘭也表示:估計未來十年內第三代半導體,複合成長率不會輸給現有矽晶圓。
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國際IDM大廠英飛凌、瑞薩、意法半導體,車用營收占比明顯攀升,禁售其柴油車的趨勢就在眼前,國際IDM廠庫存降低,委外代工將更為明顯,甚至漲價,營運動能一路旺至今年上半年,漢磊及嘉晶將優先受惠!
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此外,中美晶(5483)投資35億元,入主砷化鎵晶圓代工廠宏捷科(8086),投入氮化鎵的製程開發,期望能達成互補效應,發展潛力也值得關注。
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電子伏特 伏特轉換 在 雷尼 Rainey Facebook 的最佳解答
雷尼機車教室
1.機車的神經中樞(電子系統概論)
如果將引擎譬喻成機車的心臟,那麼燃料就跟食物,或者血液一樣重要。然而在人體中掌管一切運作的司令官,就是我們的大腦,它夠過神經系統將訊號傳給器官與組織,而在機車之中,也有類似的構造,例如噴射系統Fi管理電腦ECU、ECM之於各個感知器與最終的供油與點火。
我們都知道進壓燃排是引擎運轉的一個輪迴,但是誰讓它點火產生爆炸,誰發出個各個最終訊號,以及它的頻率為何,這一切從何而來?引擎的第一次運轉來自人力啟動或是電瓶送電給啟動馬達,爾後藉由曲軸位置感知器,讓系統可以知道引擎的轉動狀況,並且知道何時該發出下一個點火訊號,透過晶體放大以及考爾升壓,強大的電流透過火星塞成為閃電般的放電火花將汽缸中的混燃氣整個點燃於是爆炸產生,機車開始有了屬於自己的第一下心跳,這第一次的爆炸經過發電系統的磁生電原理,為下一次的爆炸儲存了能量,爾後機車可以不依靠外力,自給自足的爆炸燃燒,直到它的燃料用完為止。
機車的電力供需,我們透過路徑的方式將它稍作描述,電的起源是化油汽車款的分電盤或是噴射車款的發電機,這時磁生電的物理特性產生交流電後,透過整流器轉換為直流電,以及進行穩壓工作,以14伏特的較高電流對電瓶充電,同時電瓶也再次透過穩壓器輸出穩定的12V電流來到保險絲盒中進行電力分配。這裡不僅有啟動馬達,燈組系統、喇叭、風扇冷卻系統需要用電,某些豪華車款可能如同汽車一般有影音設備或是通訊設備需要用電,這些系統不僅藉由保險絲做安全設定,許多部位更透過繼電器或是二極體進行切換以及流向控管。
電流除了在車上扮演能量與食物的角色之外,它也是神經系統中訊號傳導的媒介。不論汽機車,在進入噴射的新世紀後,車上都開始配備處理器去計算最省的油耗與最適的點火頻率,因此整個Fi的噴射系統只為兩件事而生,一個是給多少油,一個是什麼時候點火。Fi系統的構成從進氣端、引擎本體、排氣端的依序是進氣溫度感知器,進氣壓力、節氣門開啟度、凸輪軸角度、引擎溫度、曲軸角度、排氣溫度與含氧感知器等,當然更環保的車輛還有廢氣回收、引擎吹漏等等輔助系統控制以降排污值。這些感知器大多以電位差的方式轉換成可被讀取的數值給ECU處理器,僅有少數採脈衝回饋ECU,例如點火系統。ECU電腦中還有一個固定的唯讀程式,就是所謂的map,一個三維的供油與點火程式。以上的敘述的感知器,可以偵測出目前騎車環境與電腦內map預設值的差異,然後予以補正,例如噴射供油頻率與目前最新的科技開起時間,以及點火頻率、提前與延後等變化,讓引擎處於最適化的運轉狀態,例如在化油器車款上,天氣冷熱、海拔高低等,空氣中的含氧量變化讓燃燒狀況有過濃或是過稀,如此的太過與不及表現。然而在電子噴射的世界中,這些問題將不再發生,車廠甚至再研發車輛時,就能夠將各種環境參數考量進去,爾後車輛可以自行適應各種環境與氣候,不像化油器時代,需要為各種環境修改其設定。此外,在眾多的感知器中,只須對電路予以設定,待任何部位出了問題,或是訊號斷訊,ECM都可以得知,並且發出故障訊號,通知車主趕緊回廠維修,或是提供安全模式,避免損害擴大,這些人性化的考量,亦是化油器年代所不及。
2.如何突破原廠設定,邁入改裝領域
所謂道高一呎魔高一丈,改裝的生命總是能夠找到出路,去破解原廠的Fi供油設定。其實各家車廠都是用自己的程式語言去編撰ECU內部的程式,也包括我們說的map,因此一般人要去讀取就會遇到困難。當然,如果改裝廠願意砸下重資,是沒有破解不了的程式,但是得看背後的利潤是否足以cover一切,如果市場規模經濟不夠大,這一切的開發也是枉然。這部份的改裝有所謂的取代是電腦,也就是整個ECM換成改裝廠自己出的可程式化電腦,灌入改裝廠所欲使用的軟體與map便能開始工作,目前歐陸與美國都有這樣的產品。第二種是直接更換掉原廠電腦ECM中的晶片,同樣是換上可程式化的晶片,然後灌入自己的資料進去。
如果不看破解原廠程式的做法,還有一個方法可行,雖然這個方法比較低階,但是成本較低,效果也非常顯著,重點是價錢具備親和力,能夠讓一般消費者所接受。這種方式就是先量出Fi的偵測系統感知器採用電位差或者脈衝訊號,然後加以增減觀察其變化,待抓出向量後,便可以利用可變電阻或者攔截訊號,由外界重新給於訊號,如此也可以讓ECM在正常運作下,做出供油的增減供應或是點火的提前與延後。這部分產品有國人自行研發的KOSO系列或是美國的動力司令Power Commander為代表。
電子伏特 伏特轉換 在 Mr. 6 Facebook 的精選貼文
寫作絕對不是創業成功之道,但它可以是一個「秘密武器」 http://mr6.cc/?p=5122 ,尤其是在巧妙的「情境安排」下,配合了關鍵的寫作者,可能達成一些平時做不到的事。比方說,最近熱門的團購網站Groupon在今年的DEMO Fall台上接受訪問,他們竟然說,Groupon的成功,在技術上不是很重要,重要的竟然是「寫作」,然後透過最普通卻最大眾化的管道──電子郵件,來佈達他們的折價訊息! Groupon竟然聘用了高達70位寫手,全職每天每小時在寫它每日團購商品的文案。想想,也對啊!團購網站的模式,先去談定商家,這部份是很重要的;然後將商家上架到自己的網站上,這部份也是很重要的,不過以上兩者,不會比「last mile」最後一哩碰到使用者眼前的「宣傳稿」還重要,你說,這宣傳稿可以拿商家自己寫的,有的甚至請商家自行提供,但這樣隨隨便便處理文字,最後損失的是Groupon網站自己。而Groupon小心的處理文字,讓它在早期的時候,可以得到較高的轉換率。這件事經由Groupon創辦人Andrew Mason親口確認,而且他還進一步指出,對於Groupon (以及可能其他所有新創網站來說),最後「滾」出成功大雪球的關鍵,乃在於能否吸引「從前的使用者」回來「繼續購買」。因此宣傳文案又更重要了,這份宣傳稿一定會寄送給所有以前買過Groupon的網友,以及透過其他管道所接觸到的網友,如果每一次宣傳稿都寫得鏗鏘有聲,讀了又如癡如醉,叫讀者不得不買,那麼以後只要靠這些買過的網友「再買一次」,肯定每一檔皆檔檔爆滿!不,不必,只要這些買過的網友每次都有「50%」再買一次,也夠讓它檔檔爆滿!有趣的是,這位創辦人還透露了一個技巧,他說,他們並不要求每一次的宣傳稿,都能讓這些「老朋友」點進來買,但一篇「寫得差」的宣傳稿,不吸引人進來就算了,有可能讓他從此憤而按下「退訂鍵」,或者久久不來逛你這個網站。因此,這些宣傳稿的「寫作品質」一定要夠好、寫得夠誘人,才能夠一邊吸引該買的人進來買,一邊也不會讓不想買的人憤而點下「退訂」鍵,以後再也不想收到信!
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昨天看到另一篇文章,其實是講到伏特加酒廠「patron」所創的一招超強行銷活動... http://mr6.cc/?p=5122