美方超前卡脖国内 第四类半导体材料列管

中美两强的科技、贸易竞逐冲突持续白热化，美国商务部为了扩大进一步「超前卡脖」国内半导体先进技术进展，宣布对于如电子设计自动化模拟软件(EDA)与更前瞻的第四类「超宽能隙」(UWBG)化合物半导体材料等扩大出口管制，预期就是力阻先进技术应用于国防军事等领域，以确保美国国家安全。

美国商务部于上周五宣布，加强对先进半导体和燃气涡轮引擎技术的出口管制，其中包括超宽能隙半导体材料的氧化镓(gallium oxide) 和钻石原材料技术、电子电脑辅助设计(ECAD) 技术、压力增益燃烧(PGC)技术。

事实上，国内在化合物半导体力拼「弯道超车」，主要就是在第三类的宽能隙(WBG)半导体包括氮化镓(GaN)、碳化矽(SiC)领域，应用范畴包括消费电子产品、电动车充电装置，以及高频通讯等。

由于碳化矽基板(SiC Substrate)可以制作如支持EV、充电桩、交通设施的纯SiC功率元件，以及用于高频通讯、国防军事等级的碳化矽基氮化镓(GaN-on-SiC)射频通讯元件，后者所需的「RF元件用半绝缘型SiC基板」，原本就是美方高度管制的材料，而在一般商业用领域，美系IDM大厂Wolfspeed等也掌握了绝大的市场话语权。

日本、欧洲IDM大厂也在SiC材料领域领先，但以欧日阵营逐步靠拢美方的态势下，国内力求第三类半导体材料自主化的脚步并没有停歇，如山东天岳材料等都已经有生产SiC基板的能力。

更前瞻的第四类半导体，亦被称为超宽能隙化合物半导体，这与第一类的元素半导体矽、锗，第二类的砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、第三类的GaN、SiC做出对比，虽然业界泰半认为，这些化合物半导体之间并没有「取代」意味，应用领域都是平行进展的，GaN也未必能够完全取代成熟的矽基半导体。

不过，第四类的氧化镓、钻石等材料，确实能够拥有更高崩溃电压、更极端温度的耐受能力，如同SiC功率元件应用于EV所用的逆变器模块中，就是享有耐高温、高功率密度的优势，Tesla率先导入意法半导体的SiC元件，也正式开启第三类半导体的市场接受度。

SiC、GaN等第三类半导体都逐步采用了主流的6寸制程生产，甚至将靠拢8寸厂，第四类半导体却还在相对早期的阶段，量产能力目前仍以4寸为主，以日本业者最为领先，包括Novel Crystal、FLOSFIA等，且都是技术源自于学界、规模较小的新创公司，并非各界熟知的IDM龙头，但确实也有如车用Tier 1大咖电装(Denso)、三菱(Mitsubishi)、材料大厂田村制作所(Tamura)等投资。

以能隙来看，SiC已经来到3.25~3.3eV(电子伏特)，GaN则是3.4eV，矽基半导体约1.1eV，越宽的能隙代表功率元件能够在更高电压下运作，氧化镓约4.9eV，被称为是「超宽能隙」材料，后续也预期将被应用在更大型的充电、电网基础建设领域，但是导通电阻、可靠度表现目前还有待观察，市面上目前仅有最基础的「氧化镓二极管产品」出现。

然而，有多方说法指出，在效能、成本上，氧化镓有比Si、SiC更好的表现，日本业者积极思考跨入6寸领域，Novel Crystal预计2025年将量产年产能2万片的4寸氧化镓磊晶，砸下约20亿日圆，并持续开发6寸量产技术。

国内发展氧化镓材料，由国家机构、学校等持续提升研发能量，也把化合物半导体列入十四五计划。如国内科大微电子学院、国内科学院上海微系统与信息技术研究所、西安电子科技大学等都有进行氧化镓相关论文与研究。看好的应用领域包括能源、国防、交通设施、通讯、电动车等。

目前第四类半导体还包括钻石(Diamond)、氮化铝(AlN)，目前各界认为有机会进入6寸量产的，确实也是氧化镓在未来5年内具有潜力，不过，在美方「超前卡脖」的态势下，加上在第三类的国防军事用SiC材料领域，已经有管制先例，G2格局、各自发展的状况将会延续。

而国内能否在先进化合物半导体材料中取得自主化成果，目前还在未定之天，事实上，国内在新兴化合物半导体材料的研发，也带动当地台系检测分析实验室业者材料分析(MA)接案，后续影响有待观察。

责任编辑：陈奭璁