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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yole developpement公司 在 台灣物聯網實驗室 IOT Labs Facebook 的最佳解答
產業追蹤/智慧物聯網 開啟產業新契機
2020-02-08 23:51 經濟日報 / 鄭華琦
隨著人工智慧(AI)技術逐步進展,IoT結合AI並透過感測技術之輔助,藉由傳遞訊號、處理數據、儲存學習經驗實現實體世界遠距離無法達成之工作程序,未來的生活型態將是大數據(Big Data)、超連結(Supper-Connectivity)、人工智慧與雲端(Cloud)的逐步整合。
法國市調公司Yole Developpement亦揭示九大科技應用趨勢,未來會影響的生活模式包括:智能汽車、移動、5G帶寬增加、AR / VR,人工智能/機器學習(AI / ML)、無人駕駛汽車、醫療保健、工業4.0,這將使日常生活對感測器有更多需求和依賴。
IHS Markit預測,物聯網設備市場從2016年17.7億台安裝量,2020年將達到307億台,預期2025年增加到754億台,顯示市場對於IoT的普遍接受度與依賴性與日俱增。
近年來應用於IoT之3D影像感測市場逐漸明朗且廣泛,主要涵蓋工/商業、科學/太空安全、醫療、消費性電子與車用等領域。技術包含近距離的 VCSEL技術(垂直共振腔面射型雷射)主要應用於智慧手機,與較長距離的ToF(飛時測距)技術可切入虛擬實境、地圖導航、機器視覺、安全認證、體感操作等領域。
Yole Development預估,全球3D成像與感測器市場規模2016年至2022年的複合年均增長率(CAGR)約38%,2022年可能超過90億美元,成長性將是2016年的七倍。
感測器在消費電子應用是增長最快的市場,2016-2022年的CAGR達160%,預計2022年市場規模將超過60億美元。另外,自動化產業的感測器使用比例愈來愈高,如連網汽車電子、自駕車等都對感測器有很高的需求。無人自駕車與工業自動化兩者於 2016 年到 2022 年的CAGR分別為50%與13%,成長性分別居第二及第三位。
目前3D感測技術主要分為立體視覺、結構光、飛時測距(ToF),各技術發展皆已具備商業化應用的水準,現階段的主流技術包括ToF及結構光等。
就功能而言,3D感測主要是利用繞射式光學元件(DOE)、CMOS影像感測器、垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)等元件的運作,配合不同演算法進行量測與儲存。除可進行人臉辨識,也被應用在ADAS系統,如自駕車及ADAS的 3D感測應用,即是利用光達(LiDAR)測量及感測車輛與外在環境物體間的距離,以達到自動煞車功能,或利用車內的感測技術確認駕駛者的狀態,進行行車監控警示等。
無人商店也是3D感測的關鍵應用。這是利用3D感測來進行人臉或物像特徵辨識,包括應用在人員進出管制,針對進入商店的人員進行辨識,並附帶計算客流量、客群管理,也能偵測物品移動或轉移,進一步達成商品結帳、庫存管理、物流配送等,甚至分消費特性與行為管理。
3D感測應用極廣,監控或影像辨識的各種應用陸續推出,需求將有爆發性成長。因此包括傳統晶圓代工廠、砷化鎵等化合物晶圓代工廠、磊晶片供應商、光學元件封測廠等上、中、下游產業鏈,可望受惠於3D感測所需之光學元件的代工業務而強勁成長。
3D感測模組硬體廠商、演算法及3D視覺數位訊號處理器(DSP)供應商、提供 3D 景深技術之設計廠商、CMOS 影像感測器及演算法業者等,相關周邊的產業也連動性受惠。隨著AIoT運用普及化,該產業鏈的相關廠商也面臨更多挑戰與機會。
AIoT新時代來臨,對台灣影響至深,除基本零組件外,串聯各組件之材料至為關鍵。特別是符合高階應用感測器之零組件,與延長機器壽命之構裝方法與特殊材料,將隨新載具增加應用機會。台廠應積極利用AI的學習與演算,強化產業設計與生產,以及透過智慧系統與服務提升產業附加價值。
此外,AIoT(智慧物聯網)應用通常是少量多樣之高階產品(或應用)而非高量生產,因此對感測器的需求著重具備嚴苛條件下的可靠運作、精準且小型的裝置。隨著人機、機器與機器之間的連結協作日趨精密,感測器的任務也從被動監測,演化成主動探測預防型維護、資產控管與數據分析,協助增加生產效率的重要角色。 IoT發展關鍵在於介面間的協作與資訊傳輸,台灣可運用這項技術結合AI深度學習與演算能力,讓製造業更有效率,並積極拓展貼近生活之交通、醫療、救援、金融服務等相關產業。
資料來源:https://udn.com/news/story/7241/4331137?from=udn-relatednews_ch2
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產業追蹤/智慧物聯網 開啟產業新契機
2020-02-08 23:51 經濟日報 / 鄭華琦
隨著人工智慧(AI)技術逐步進展,IoT結合AI並透過感測技術之輔助,藉由傳遞訊號、處理數據、儲存學習經驗實現實體世界遠距離無法達成之工作程序,未來的生活型態將是大數據(Big Data)、超連結(Supper-Connectivity)、人工智慧與雲端(Cloud)的逐步整合。
法國市調公司Yole Developpement亦揭示九大科技應用趨勢,未來會影響的生活模式包括:智能汽車、移動、5G帶寬增加、AR / VR,人工智能/機器學習(AI / ML)、無人駕駛汽車、醫療保健、工業4.0,這將使日常生活對感測器有更多需求和依賴。
IHS Markit預測,物聯網設備市場從2016年17.7億台安裝量,2020年將達到307億台,預期2025年增加到754億台,顯示市場對於IoT的普遍接受度與依賴性與日俱增。
近年來應用於IoT之3D影像感測市場逐漸明朗且廣泛,主要涵蓋工/商業、科學/太空安全、醫療、消費性電子與車用等領域。技術包含近距離的 VCSEL技術(垂直共振腔面射型雷射)主要應用於智慧手機,與較長距離的ToF(飛時測距)技術可切入虛擬實境、地圖導航、機器視覺、安全認證、體感操作等領域。
Yole Development預估,全球3D成像與感測器市場規模2016年至2022年的複合年均增長率(CAGR)約38%,2022年可能超過90億美元,成長性將是2016年的七倍。
感測器在消費電子應用是增長最快的市場,2016-2022年的CAGR達160%,預計2022年市場規模將超過60億美元。另外,自動化產業的感測器使用比例愈來愈高,如連網汽車電子、自駕車等都對感測器有很高的需求。無人自駕車與工業自動化兩者於 2016 年到 2022 年的CAGR分別為50%與13%,成長性分別居第二及第三位。
目前3D感測技術主要分為立體視覺、結構光、飛時測距(ToF),各技術發展皆已具備商業化應用的水準,現階段的主流技術包括ToF及結構光等。
就功能而言,3D感測主要是利用繞射式光學元件(DOE)、CMOS影像感測器、垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)等元件的運作,配合不同演算法進行量測與儲存。除可進行人臉辨識,也被應用在ADAS系統,如自駕車及ADAS的 3D感測應用,即是利用光達(LiDAR)測量及感測車輛與外在環境物體間的距離,以達到自動煞車功能,或利用車內的感測技術確認駕駛者的狀態,進行行車監控警示等。
無人商店也是3D感測的關鍵應用。這是利用3D感測來進行人臉或物像特徵辨識,包括應用在人員進出管制,針對進入商店的人員進行辨識,並附帶計算客流量、客群管理,也能偵測物品移動或轉移,進一步達成商品結帳、庫存管理、物流配送等,甚至分消費特性與行為管理。
3D感測應用極廣,監控或影像辨識的各種應用陸續推出,需求將有爆發性成長。因此包括傳統晶圓代工廠、砷化鎵等化合物晶圓代工廠、磊晶片供應商、光學元件封測廠等上、中、下游產業鏈,可望受惠於3D感測所需之光學元件的代工業務而強勁成長。
3D感測模組硬體廠商、演算法及3D視覺數位訊號處理器(DSP)供應商、提供 3D 景深技術之設計廠商、CMOS 影像感測器及演算法業者等,相關周邊的產業也連動性受惠。隨著AIoT運用普及化,該產業鏈的相關廠商也面臨更多挑戰與機會。
AIoT新時代來臨,對台灣影響至深,除基本零組件外,串聯各組件之材料至為關鍵。特別是符合高階應用感測器之零組件,與延長機器壽命之構裝方法與特殊材料,將隨新載具增加應用機會。台廠應積極利用AI的學習與演算,強化產業設計與生產,以及透過智慧系統與服務提升產業附加價值。
此外,AIoT(智慧物聯網)應用通常是少量多樣之高階產品(或應用)而非高量生產,因此對感測器的需求著重具備嚴苛條件下的可靠運作、精準且小型的裝置。隨著人機、機器與機器之間的連結協作日趨精密,感測器的任務也從被動監測,演化成主動探測預防型維護、資產控管與數據分析,協助增加生產效率的重要角色。 IoT發展關鍵在於介面間的協作與資訊傳輸,台灣可運用這項技術結合AI深度學習與演算能力,讓製造業更有效率,並積極拓展貼近生活之交通、醫療、救援、金融服務等相關產業。
資料來源:https://udn.com/news/story/7241/4331137…