《產業》不畏逆風 台灣半導體擴大發展(3-1)

【時報-台北電】電子產品的終端需求由於通膨、經濟成長疲軟等因素出現明顯降溫，使得半導體市場充滿去庫存，訂單修正等雜音。第三類半導體卻受到新能源車需求及各國施政提倡節能減碳等議題，市況逆勢看好。目前第三類半導體主要是以國外IDM大廠獨占鼇頭，「智璞產業趨勢研究所分析顯示，台灣逐漸成形的產業鏈上下延伸合作／整合模式將是在第三類半導體擴大發展的機會。」

化合物半導體是由兩種以上元素原子構成的半導體材料，成分主要是週期表的III-V族、II-VI族、IV-IV族元素，常見的二元化合物半導體包括:的砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）與氮化鎵（GaN），IV-IV族的碳化矽（SiC）與矽鍺（SiGe）。另外，一般會依據能隙（Band Gap）大小來歸類第一類、第二類與第三類半導體，其中將砷化鎵與磷化銦歸類為第二類半導體，將能隙較大的碳化矽與氮化鎵歸於第三類半導體。「智璞產業趨勢表示，雖然消費性電子市場重挫，但在全球各國不遺餘力發展節能減碳趨勢下進而加速第三類半導體發展，加上台灣政府欲扶植本土第三類半導體產業，使得碳化矽及氮化鎵後市相當看好。其中，受惠於電動車、太陽能、儲能及快充和5G射頻等市況，台灣相關產業鏈上公司下半年的表現值得注意。」化合物半導體的商業活動主要是以 「晶圓／磊晶」與「元件」等兩大市場為主，市場規模如下。

1.晶圓／磊晶市場成長迅速

在晶圓／磊晶部分，除了LED外其他會依產品應用領域來選擇基板種類。以氮化鎵為例，單晶生長難度很高因此元件製作採用異質磊晶片。其中，射頻元件主要採用導熱性、絕緣性與晶格匹配佳的GaN on SiC磊晶片。而電動車所用的碳化矽元件製作亦使用碳化矽晶圓為基板的磊晶片。根據市場研究機構預估報告指

出，2020年全球化合物半導體晶圓／磊晶市場規模為10億美元，預估至2026年將成長至20.5億美元，年複合成長率達15％，其中氮化鎵與碳化矽的年複合成長率各為23.9％、13.9％。

2.元件市場成長驚人，以碳化矽與氮化鎵兩種材料為主

在元件市場中，以碳化矽元件在電動車的應用市場最大，也最受矚目。根據市場研究機構預估，碳化矽元件的市場至2027年將成長至63億美元，年複合成長率34％，其中占比最大是電動車，約占80％。碳化矽元件可耐600V以上電壓，是功率元件理想材料，廣泛應用於車用電子、電力設備等領域。相較矽製品，碳化矽功率元件能減少50％電能轉換損耗、降低20％電源轉換成本，因此適合超高功率、高電能轉換效率的應用，其商業化初期先進入電源供應器市場，目前已滲透至電動車之逆變器（Inverter）且被Tesla廣泛採用，之後將逐步擴展到車載充電器（OBC）、電動車充電樁、電力傳輸與高速鐵路等應用。

目前市售電動車操作電壓則在300～400V，然而隨著消費者對汽車性能要求增加，更高電壓是必然發展趨勢，因此未來碳化矽可能扮演不可或缺之角色。

另外一很紅的第三類半導體材料氮化鎵，目前主要製作光電、功率與射頻等元件，應用於電源控制、無線通訊、光感測、太陽能、光通訊等多種領域。光電元件主要有發光二極體（LED）、雷射二極體（LD）、光偵檢器（PD），現今最重要應用是採用VCSEL的光達（LIDAR），可透過光來測量距離以提供外界環境訊息，是自駕車必備的感測模組。功率元件使用GaN on Si磊晶片，能顯著降低充電器尺寸與功耗，目前正迅速滲透快速充電市場，根據市場研究機構報告指出，2021年全球氮化鎵功率元件市場規模為1.3億美元，預估2027年成長至20億美元，年複合成長率59％，占比最大是消費用快充頭市場。

射頻元件可由氮化鎵、矽鍺、砷化鎵、磷化銦製作，目前絕大部分2.5GHz 以上5G高頻元件採用氮化鎵，它也用於低頻但需要高輸出的4G射頻元件。依據市場研究機構指出，2021年全球氮化鎵射頻元件市場規模為10.5億美元，預估2026年將達24億美元，年複合成長率18％。該市場是由國防和通訊應用主導，2026年市場比重各為49％和41％，其中95％的通訊應用銷售額來自於基地台。因為在高功率密度和導熱性方面仍是首選，故絕大部分氮化鎵射頻元件是以GaN on SiC磊晶片製造，除了於軍用雷達具有高滲透率外，也被華為、Nokia、Samsung等電信設備商大量用於5G MIMO基地台。雖然目前氮化鎵射頻元件甚少採用GaN on Si磊晶片，但其具備較大頻寬和小尺寸正吸引廠商投入，2021年Global Foundries和Raytheon建立合作夥伴關係，該機構預估該市場將從2020年低於500萬美元成長到2026年的1.73億美元，年複合成長率高達86％。(新聞來源:工商時報一文／智璞產業趨勢研究所)