中国台湾，掌控化合物半导体半壁江山

来源:半导体行业观察发布时间:2023-07-10778浏览

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化合物半导体是半导体未来发展趋势，5G、人工智能（AI）的芯片均有相关应用。近年来，中国台湾扶植多项化合物半导体计划，其中在设备方面，希望2025年之前达成两大目标：一是8吋碳化硅（SiC）长晶及磊晶设备自主、8吋SiC晶圆制程关键设备与材料源自主；二是以策略联盟的方式合资设立化合物半导体公司，以求在该领域占有一席之地。

半导体为所有ICT系统应用的核心，不过台湾在化合物半导体产业发展的问题，主要为SiC晶圆皆为海外大厂掌控，因此经济部锁定6吋、8吋SiC晶圆长晶炉、氮化镓（GaN）金属氧化物化学气相沉积（MOCVD）等关键缺口设备，另建立SiC晶圆国产供应能力，避免产业发展受国外晶圆供应的牵制。

根据台湾机构的分析，GaN同时具备了高频与高功率之优秀特性，在较低频之厘米波高功率（基地站）市场上已逐渐取代传统之LDMOSFET，在高频毫米波（mmWave）应用上可取代砷化镓（GaAs）。市场趋势预测矽基氮化镓（GaN-on-Si）具备巨大之市场潜力，保守估计2030年前，GaN-on-Si市场可望超越碳化矽硅基氮化镓（GaN-on-SiC），关键在于大尺寸制程技术之成熟度。

全球化合物半导体的产值有超过5成是由台湾厂商所创造。不过，台湾在GaN、SiC半导体材料起步较晚。市场上的GaN功率元件以GaN-on-Si和GaN-on-SiC这2种晶圆进行制造，技术主要掌握在国际少数厂商手上，例如美国Wolfspeed及日本的罗姆（ROHM）。

相对于GaAs，GaN、SiC材料有更好的散热性能，可应用在基地台、电动车（EV）、低轨卫星、能源、充电站与轨道运输。国际半导体技术蓝图（ITRS）提到，应用导向的超越莫尔定律（More than Moore）技术，要提升芯片效能、功能性与价值，化合物半导体将在此扮演非常关键的角色。

中国台湾多家晶圆代工业者早已切入化合物半导体的制造，2023年政府委托法人执行中的大型化合物研发计划也超过13件。其中以工研院执行的计划案数量最多、金额也最高，其中1项就是要发展化合物半导体材料自主技术，建构材料在地供应链，打造高值化的生态系。

至于目前科会则有「次世代化合物半导体前瞻研发计划」，主要专注于GaN、磷化铟（InP）于超高速的元件技术开发；和GaN、SiC、氧化镓（Ga2O3）及钻石等宽能隙材料的研究，并开发GaN及SiC等宽能隙元件，达成高操作电压及低导通电阻，以取代Si功率元件。

科会列出的计划目标包含：关键制程开发，例如高温离子布值、宽能隙材料蚀刻、低电阻欧姆接触等；创新场平板、super junction及edge termination的设计制作达到优化电场分布；开发高压化合物半导体大尺寸基板及磊晶技术、元件封装及热效应优化、培养相关元件设计与模型建立能力；可靠度评估分析及元件特性模型化。

研院的中国台湾半导体研究中心（TSRI）目前也开发次太赫兹（sub THz）单芯片毫米波IC的制程技术，探索磊晶、T型闸极晶体管、高散热封装及电路验证等各个面向可能的技术走向。

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