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第三代半導體材料

半導體材料: 第一代半導體 矽(Si), 第二代半導體砷化鎵(GaAs),第三代半導體

第三代半導體材料有那些? 氮化鉀(GaN),碳化矽(SiC)

第三代半導體材料被稱為「寬能隙半導體」（WBG），相對於以往的材料有著更寬的帶隙，帶隙越寬，越能耐高溫、高壓、高頻、高電流，能源轉換效率也較好，因此氮化鎵集合了散熱佳、體積小、能源耗損小、功率高四種優良特性。

氮化鎵大量使用在科技產業，日亞化學工業的中村修二成功透過氮化鎵製作出藍色LED，終於湊齊LED光三原色的最後一色。所以氮化鎵開始廣為科技業使用並非是從電力或通訊設備開始。

通訊進入5G時代後，科技發展逐漸走向高頻，矽與砷化鎵開始無法負荷通訊設備高漲的頻率，而這也正好符合氮化鎵高工作頻率的特性，高頻狀態下除了保持優異效能外也能維持穩定度。且氮化鎵射頻元件有著高功率密度的特性，在相同功率下可以獲得比傳統材料更精巧的體積，非常適合需要高密度設置的5G基地台。

氮化鎵的體積與高功率優勢也非常適合使用在充電器，尤其現在大家手邊的器材越來越多，手機、平板、筆電、遊戲機等等，隨著效能加強，在電力的要求也越來越高，除了充電速度要快、瓦數夠高還希望能兼顧攜帶性，這些需求都像是為氮化鎵量身打造的舞台設定。

以往出門要帶很大或是很多顆充電器，但現在用上氮化鎵元件後，充電器得以在體積小，方便攜帶的條件下獲得高瓦數的輸出，除了手機，更是能輕鬆為16吋MacBook Pro以及電競筆電這種高效能筆電提供充足電力。

台積電 與意法半導體合作開發氮化鎵，為的就是搶進這塊超級藍海 

氮化鎵不能用在製作處理器

雖然氮化鎵是半導體材料，但只用於光電、通訊射頻及電源功率元件，所以手機及電腦的處理器及顯示卡這些產品並不會使用氮化鎵作為材料，而是繼續使用傳統的矽。

氮化鎵難度在晶格  碳化矽晶種、長晶都是挑戰

目前第三代半導體材料占比重仍相當低，量產端的困難仍是最大挑戰。氮化鎵發展瓶頸段仍在基板段，造成氮化鎵的成本昂貴且供應量不足，主要是因為氮化鎵長在矽上的晶格不匹配，困難度高，另外的困難在於氮化鉀產品容易翹曲，所以基板也要特別製造，如果會往上翹，就要在先逆向長氮化鎵在矽上，具有相當難度。

而在碳化矽的生產難度上，則包括長晶的源頭晶種來源就要求相當高的純度、取得困難，另外，長晶的時間相當長且長晶過程監測溫度和製程的難度高，第三則是碳化矽長一根晶棒需時 2 週，成果可能僅 3 公分，造成量產的難度。

價格仍是普及的最大關鍵  台廠仍有優勢

全球以矽為基礎的半導體材料市場約 4,500 億美元，其中第三代半導體僅才占 10 億美元的水準，比重仍相當低，以中美晶來說，目前第三代半導體材料僅占中美晶不到 1% 的水準，包括碳化矽 4 吋以及 6 吋產品、氮化鎵 8 吋的產品，但未來的成長幅度仍很大，不過要商業化的關鍵即是價格要快速下降，至少要比現在價格還要便宜 5 成，市場接受度才會提高。

而對於各國的發展腳步，包括美國、日本、歐盟都想把技術建立起來，且化合物半導體應用領域在軍事也不少，在大功率的高速交通工具也是關鍵材料，所以被各國視為戰略物資，半絕緣的化合物半導體甚至要拿到證明才可以出口，是相當重要的上游材料，徐秀蘭認為，台灣在矽以及半導體產業相當強，現在是在原本基礎上延伸至第三代半導體材料，客戶和通路重疊性高，若台灣整個產業鏈完整化，會非常有利。

至於整體市場的起飛時間，本來市場認為，在 5G 和電動車的推波助瀾下，2020 年第三代半導體材料就會有量，但今年受到新冠疫情影響，整個車用市場大亂，5G 佈建也受到影響，預估 2021 年下半年就會比較有量，最快可以應用的還是 power 相關的產品，但 5G 以及電動車領域仍是未來撐起市場的重要動能。

碳化矽

碳化矽與氮化鎵同屬於第三代半導體材料，碳化矽在電壓600V及以上的高功率領域中具優勢，目前應用於新能源汽車與風力等產業。據研調單位報告，碳化矽電力電子器件市場至2023年將成長至14億美元。氮化鎵須長在碳化矽基板上，但目前碳化矽材料卻由Cree（科銳）等壟斷，包括美、德、日等國視碳化矽為戰略物資，由國家管制出口。

氮化鎵概念股

台積電、 茂矽、漢磊、環宇-KY

碳化矽概念股

漢磊、嘉晶、尼克森、昇陽半導體、太極、環球晶