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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