第三代半导体材料SiC的前景与布局

与非网 3 月 23 日讯，至今，半导体产业发展经历了三个阶段：以硅为代表的第一代半导体材料；已得到广泛应用的砷化镓为第二代半导体材料；以氮化镓和碳化硅、BC182L氧化锌、氧化铝、金刚石等为代表的第三代半导体材料。

目前全球 95% 以上的半导体元件，都是以第一代半导体材料硅作为基础功能材料，主要应用在资讯与微电子产业，不过，随着电动车、5G 等新应用兴起，推升高频率、高功率元件需求成长，硅基半导体受限硅材料的物理性质，在性能上有不易突破的瓶颈，也让厂商开始争相投入化合物半导体领域。

在第三代半导体材料中碳化硅是目前发展最成熟的。随着生产成本的降低，SiC 半导体正在逐步取代一、二代半导体。碳化硅半导体产业链主要包括碳化硅高纯粉料、单晶衬底、外延片、功率器件、模块封装和终端应用等环节。

碳化硅具备低导通电阻、高切换频率、耐高温与耐高压等优势，可应用于 1200 伏特以上的高压环境。相较于氮化镓，碳化硅更耐高温、耐高压，较适合应用于严苛的环境，应用层面广泛，如风电、铁路等大型交通工具，及太阳能逆变器、不断电系统、智慧电网、电源供应器等高功率应用领域。

随着电动车与混合动力车发展，碳化硅材料快速在新能源车领域崛起，主要应用包括车载充电器、降压转换器与逆变器。且据研究机构 HIS 与 Yole 预测，碳化硅晶圆的全球电力与功率半导体市场产值，将从去年的 13 亿美元，扩增至 2025 年的 52 亿美元。

目前碳化硅晶圆市场由 CREE 独霸，市占率高达 6 成之多，台湾硅晶圆大厂、也是全球第三大硅晶圆供应商环球晶，也积极跨入碳化硅晶圆领域，已有产品小量出货，去年 8 月更宣布与 GTAT 签订碳化硅晶球长约，确保取得长期稳定、且符合市场需求的碳化硅晶球供应，以加速碳化硅晶圆产品发展。

另一家台湾硅晶圆厂合晶也持续关注碳化硅或氮化镓产品，并评估进行策略合作，未来可能与其他厂商结盟。韩国唯一的半导体硅晶圆厂 SK Siltron，也呼应韩国政府近来推动的材料技术自主化政策，今年 2 月底收购美国化学大厂杜邦 (DuPont) 的碳化硅晶圆事业，积极切入次世代半导体晶圆技术。

除硅晶圆厂外，台湾投入碳化硅领域的还包括布局最早的汉磊投控 (3707-TW) ，已在此领域建立完整生产链，旗下磊晶硅晶圆厂嘉晶 (3016-TW) 切入 4 吋与 6 吋 SiC 磊晶硅晶圆代工服务，已获客户认证并量产；同集团的晶圆代工厂汉磊科，则提供 SiC Diode、SiC MOSFET 代工服务。

近来新加入市场的，还有寻求新事业发展的太阳能厂太极。太极上 (2) 月与中科院签署碳化硅专利授权合作开发合约，将着墨在碳化硅长晶与基板，初期切入高压功率元件应用市场，最快第 4 季可量产基板。

而在 IDM 厂方面，除英飞凌 (Infineon)、罗姆 (ROHM) 等 IDM 大厂积极布局外，安森美半导体 (ON Semiconductor) 也在本月与 GTAT 签订 5 年碳化硅材料供给协议。

虽然受限成本与技术门槛较高、产品良率不高等因素，使碳化硅晶圆短期内难普及，但随着既有厂商与新进者相继扩增产能布局，且在电动车、5G 等需求持续驱动下，可望加速碳化硅晶圆产业发展。