受到 5G 通信、電動車、可再生能源和工業(yè)自動化拉動,以碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 為首的二元 III-V 族"寬能隙"(Wide Band Gap, WBG) 化合物半導(dǎo)體,終于從萌芽加速迎向成長期。整體而言,氮化鎵在"高功率 RF"具明顯優(yōu)勢,是 5G 基站的必備材料,功率應(yīng)用以中低壓表現(xiàn)較佳;碳化硅在耐高壓 (>600V) 表現(xiàn)較優(yōu),大功率是最佳發(fā)揮舞臺,廣泛應(yīng)用于車用電子和電力設(shè)備等。
就碳化硅供應(yīng)鏈角度來看,目前全球產(chǎn)量以美國為大宗,約持有 70~80% 市場,以并購仙童半導(dǎo)體 (Fairchild) 的安森美 (On) 最為知名,聯(lián)合碳化硅 (UnitedSiC) 則是實力堅強的新秀;歐洲在單晶襯底、外延、器件等制造環(huán)節(jié)擁有較完整的產(chǎn)業(yè)鏈,以意法半導(dǎo)體 (ST)、英飛凌 (Infineon) 為領(lǐng)頭羊;日本則在設(shè)備、器件方面領(lǐng)先,羅姆半導(dǎo)體 (ROHM) 堪為代表。
至于氮化鎵,安森美早于 2016 年與 Transphorm 公司聯(lián)袂發(fā)展 GaN 電源系統(tǒng)方案;宜普電源轉(zhuǎn)換公司 (EPC) 是首家推出"增強型氮化鎵場效應(yīng)晶體管"(eGaN FET) 的供貨商。身為功率離散組件及模塊最大供貨商的英飛凌,亦在 2018 年宣布量產(chǎn) CoolGaN 600V 增強型高電子移動率晶體晶體管 (HEMT) 和氮化鎵柵極驅(qū)動 IC EiceDRIVER;ST 則是射頻 (RF) 硅基氮化鎵 (GaN-on-Si) 的先進(jìn)者。
"襯底材料"是氮化鎵應(yīng)用的最大關(guān)鍵,分為:碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 和 GaN-on-Si 兩種。雖然 GaN-on-SiC 在導(dǎo)熱性、可應(yīng)用功率、可靠性、良率取勝,未來五年極可能繼續(xù)主導(dǎo) GaN RF 產(chǎn)業(yè),與 GaN-on-Diamond (鉆石) 皆強調(diào)性能發(fā)揮;但 GaN-on-Si 因可利用硅工藝的規(guī)模經(jīng)濟降低成本,仍有高達(dá)五成的成長率!且可能呈現(xiàn)大者恒大的局面。
值得留意的是,第三代半導(dǎo)體已被中國"十四五計劃"點名列入重點扶植對象,在傾國家力量發(fā)展下,化合物半導(dǎo)體或?qū)⒊蔀榭萍紤?zhàn)新目標(biāo);事實上,通過收購歐洲公司化合物半導(dǎo)體部門,中國已取得一定的制造技術(shù)。對于近來的國際貿(mào)易摩擦效應(yīng),安森美預(yù)期縱使短期內(nèi)會限制中國國內(nèi)寬能隙半導(dǎo)體的設(shè)備引進(jìn)、產(chǎn)能擴充和原材料供應(yīng),但長期將刺激寬能隙功率器件材料和設(shè)備領(lǐng)域大量投資。
EPC 表示迄今未見直接影響,但中國政府的大力投入或?qū)⒁l(fā)新一輪競爭。UnitedSiC 則強調(diào)在過去幾年間,已在襯底、外延 (epitaxial) 晶圓供應(yīng)及封裝資源方面有完整的因應(yīng)措施,可對所有新一代的組件質(zhì)量把關(guān),并將原料多元化納入制造工藝環(huán)節(jié)。想知道更多關(guān)于 SiC 和 GaN 的現(xiàn)在與未來、技術(shù)與挑戰(zhàn)?半導(dǎo)體先進(jìn)大廠的供需預(yù)期、產(chǎn)品特色及應(yīng)對策略又是如何?盡在本期【專題報道】。