決定台灣未來的SiC、GaN
2021/1/11(一)大家早，我是 LEO
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■ 什麼是SiC 及GaN
碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）現在全世界矚目的焦點，全新的第三代半導體材料，相較於第一代半導體材料的矽（Si）、第二代半導體材料的砷化鎵（GaAs）相比，承受更高電壓，電流更快通過，具有低耗能等優點，兩者都被稱為未來半導體界的明日之星。
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也許有些人還不知道什麼是半導體，一般的材料導電或不導電(絕緣)分成導體與非導體(絕緣體)，半導體它厲害的地方在於，將它施加電壓時就會導電、不施加電壓時就會絕緣-不導電，導電與否的能力就是由材料的傳導性質所決定，光是這個發現就得了一個物理諾貝爾獎。
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碳化矽、氮化鎵兩者都是未來半導體的關鍵材料，節能減碳的趨勢，各種未來的新興產業，快速充電、車用LiDAR、資料中心、無線充電、電動車、太陽能發電、直流電網、充電樁…等應用都需要高轉換效率的功率半導體。
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■ 寬能隙半導體
為什麼碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）被稱為「寬能隙半導體」，因為它的能隙是Si的三倍多，崩潰電場是Si十倍多，能隙(bandgap)決定了半導體的崩潰電場，就是能承受住多大的電壓，能隙越寬，越能耐高電壓、高電流、高能源轉換效率，矽的能隙寬約是1.17 eV，SiC的能隙寬為3.26 eV，GaN的為3.5eV。
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兩者相比氮化鎵能隙更寬，電子遷移率更高，但熱導率卻更低，耐輻射性能也更優異，被認為更有機會實現低導通電阻、高開關速度的材料。
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■ 全世界競相押寶發展
日本是全球第一個研發氮化鎵的國家，去年10月日本經濟產業省傳出全力發展氮化鎵，5年內撥款90兆日圓 (約25.2兆台幣)，動用國家隊力量，資助研發氮化鎵的大學與企業。
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但是，目前碳化矽發展比氮化鎵更成熟，市場研究機構Yole Developpement估計，到2025年SiC元件市場營收將佔據整體電力電子市場的10%以上，同時GaN元件的營收比例則會超過2%。
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SiC元件的知名供應商包括意法半導體(ST)、Cree/Wolfspeed、羅姆(Rohm)、英飛凌(Infineon)、安森美(OnSemi)以及三菱(Mitsubishi Electric)，GaN元件的主要供應商，包括PI (Power Integrations)與英飛凌，還有新創公司Navitas Semiconductor、Efficient Power Conversion (EPC)、GaN Systems與Transphorm。
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■ 領頭羊科銳Cree的決心
目前全球SiC龍頭Cree美商科銳，過去30年原本是 LED的領導廠商，全球排名第三，2018年起轉型發展第三代半導體碳化矽材料，並出售LED賺錢業務，下定決心，立志在成為碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)元件領域的強權，2018年EPS -2.81元，2019年 -3.62元，2020年 -1.78元，跨入SiC後大量資本資出，甚至虧損累累，但是最近一年卻飆漲 137%，股價更飆上121.67美元，創歷史新高。
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由此可見市場現在高度期待的是未來電動車、5G、軌道交通、電網、太陽能的廣泛應用，甚至有朝一日全面取代矽基半導體，試想虧錢就飆成這樣，如果開始獲利，股價可能會漲到外太空。
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目前SiC元件最成功的市場領域在電動/混合動力車市場，GaN元件應用於高階智慧型手機的快速充電應用，將成為未來五年的成長主力，Tesla Model 3就採用意法半導體(STM)的SiC半導體模組。
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■ 台灣半導體射月計畫
不管是日本、美國、歐洲、甚至中國都全力發展第三代半導體材料並列入145計畫，除了電動車、節能應用，SiC跟國防、航太有都關係，Si元件工作溫度上限是攝氏100度，SiC可以到200度，特殊設計可以到300度。
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SiC抗輻射，可應用在核電廠，NASA也應用在太空科技上，這種技術國外不可能轉給台灣，政府要求工研院投入研發，成功後把技術和人才完全移轉給漢磊與嘉晶，因為當時只有他們率先投入，這就是台灣的半導體射月計畫。
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■ 漢磊、嘉晶佈局最早
經過8年多的耕耘、著墨最深，領先其他廠商，嘉晶(3016)是國內唯一有能力量產4吋、6吋碳化矽磊晶及6吋氮化鎵磊晶的公司，擁有磊晶專利技術，品質也獲得國際IDM大廠認可。6吋碳化矽晶圓已在試產階段，客戶端電動車需求最大，只要通過驗證，就開始出貨、貢獻營收。
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漢磊(3707)，它的650伏特高壓氮化鎵已經通過電動車的車用標準認證，並且開始逐漸導入，吸引國外與台灣多家電動車相關業者洽談合作，未來電動車對SiC、GaN有很高的需求，就連環球晶董座徐秀蘭也表示：估計未來十年內第三代半導體，複合成長率不會輸給現有矽晶圓。
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國際IDM大廠英飛凌、瑞薩、意法半導體，車用營收占比明顯攀升，禁售其柴油車的趨勢就在眼前，國際IDM廠庫存降低，委外代工將更為明顯，甚至漲價，營運動能一路旺至今年上半年，漢磊及嘉晶將優先受惠！
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此外，中美晶（5483）投資35億元，入主砷化鎵晶圓代工廠宏捷科（8086），投入氮化鎵的製程開發，期望能達成互補效應，發展潛力也值得關注。
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⛈⚡️☔️切記「天候3層檢核」⛈⚡️☔️
⚡️⚡️⚡️預防雷擊撇步應記牢⚡️⚡️⚡️
💖 💖登山健行賞景去 滿載收穫平安回💖💖

時序正值春夏交替之際，山下春暖花開，
山上新芽換裝一片翠綠、紅花點綴，
加上多變的雲彩，山嵐雲海美景當前，
正等著因疫情心悶及嚮往大自然的民眾前往踏青賞景。
玉山國家公園管理處(以下簡稱玉管處)特別提醒，
據近日各山區山域事故發生之案例較其他時期增加，
經分析應與山區氣候變化劇烈有直接關係。

💓💓雨綿綿霧濛濛 心慌失措
民眾為了防疫想往高山開闊區域從事戶外活動，
卻常會忽略在高海拔山區的氣溫仍偏低，
在未攜帶足夠保暖衣物及裝備的情況下，
有時會因溫差變化，而導致身體調適不及發生心血管疾病意外。
此外，這時期的濕度較高，山區易發生起霧情況，
在步道上偶有民眾因看不清路徑或心生恐懼就通報迷途的案件，
也提醒民眾必須做好自我定位、通訊的相關準備。

💓💓豪雨強風雷電 心驚膽顫
臺灣每年 5、6 月是梅雨季節，
天氣總是陰雨連綿、久雨不晴，
午後經常會有間歇性的對流雨，氣候相當不穩定，
常帶來強大的雨勢。而緊接而來是夏季，
臺灣的颱風季節通常集中在6月到9月，
由於颱風挾有強風和豪雨，可直接造成嚴重災害；
在山區造成坍方土石流、道路中斷、步道毀損等，
均直接影響登山活動行程及規劃。
在没有梅雨鋒面、颱風來襲的時候就不需擔心了嗎？
不，臺灣夏季的白天高溫炎熱、午後熱對流旺盛，
常有雷陣雨發生，尤其是在山區，雨勢及雨量都會比平地來得大，
且夾帶陣陣雷擊。登山者除注意大雨之威脅外，對於雷擊事故之預防，
也是近幾年來因極端氣候發生所必須面對的安全事項。
特別提醒從事戶外活動的民眾們，在落雷的時候應提高警覺，
減少接觸或暴露於易導電的物品及環境，
避免遭雷電擊中，因輕則皮膚灼傷、神經受損，
嚴重時會導致心臟衰竭而亡。

💓💓避免雷擊撇步應記牢
玉管處以下提供避免雷擊及急救的方法，若能牢記在心，就能避免在狀況發生時，造成無法彌補的遺憾。
【預防雷擊的方法】
1.避免使用或接觸易導電物品，
如鐵鍊、相機、金屬材質的手杖或雨傘，
即使使用絕緣材質，也要注意表面是否附著容易導電的水分。
2.遠離高壓電塔、基地台等設施。
3.由於光速快於聲音傳遞的速度，
民眾會先看到閃電才聽到雷聲，山友若遇到閃電，
應儘快遠離空曠地、有金屬物品的地方或樹下，
建議趕快找山洞、低凹地遮蔽處躲避，蹲下降低身體高度。
4.躲避雷電時，建議腳下踩踏可和地面絕緣的乾睡墊，
且等待閃電停止後30分鐘再外出活動。
【遭雷擊後的急救方法】
若遭雷電擊中，通常以電阻較小的神經系統最易受到損傷，
其次依序為血管、肌肉、皮膚、脂肪和骨頭。
雷擊情況輕微時，皮膚表面會出現小的羽毛狀花紋，
雖無明顯受傷，但可能體內神經系統已受損，
建議到醫院做進一步檢查。情況較嚴重者會出現皮膚灼傷，
甚至心跳呼吸停止，不過此時傷者可能只是因瞬間雷擊，
腦部呼吸功能受抑制而暫時中止，除了儘快求援外，
隊友也需緊急施予人工呼吸和CPR，通常5分鐘內仍有機會恢復意識。

💓💓天氣不可逆 三層檢核保安康
★臺灣的地形及天氣變化劇烈，在高山地區容易降雨，
連帶使得山區的氣溫再降低；登山民眾若無防雨、禦寒裝備，
很容易發生體能下滑、生理調節失靈、失溫等危險。
由於梅雨、颱風季節接連而來，為防止豪大雨增加登山風險，
提醒民眾從事戶外登山活動時，可以啟動「天候3層檢核」措施，
第1層在登山隊伍出發前先妥善了解天候狀況並關注交通、氣象等網站提前了解山區情況；
第2層則是登山隊伍抵達登山口時，可由領隊與登山成員一起檢查裝備並討論遇到不良天候時之處置；
第3層則是設定折返點，如在山區遭遇惡劣天候時切勿冒險繼續上山行程，
適時設定折返點，比如在崩塌區或是涉渡溪流前就要折返，
以避免崩塌落石或溪水暴漲的情形。
登山戶外活動務必以安全為最高指導原則，
從事登山等戶外活動的民眾，在規劃行程時一定要特別注意並考量天氣系統的發展，
同時設定應變撤退機制；登山時如遇天候影響可考慮延期或縮短行程，
唯有平安才有登下一座山的機會！
★玉管處表示，登山是有益健康的活動，但有許多細節是不能忽略，
尤其在這接連的梅雨、颱風好發季節，
規劃行程時一定要注意天氣動態，
如果氣象局已經預報有梅雨鋒面或颱風即將來襲，
就請暫緩進行登山活動，山上風強雨驟，不但危險也無法體驗戶外遊憩的樂趣！
氣候是影響登山的重要因素，請務必掌握登山期間天氣狀況；
山永遠都在，氣象預報可能天氣不佳時，勿強行入山。

圖說1：天候不佳時能見度低，結伴同行勿脫隊，走在步道上掌握方向不心慌/玉管處提供
圖說2：過去豪大雨曾造成台21線129.5K處落石坍方/玉管處提供
圖說3：玉管處同仁處理風災後玉山步道落石倒木的情形/玉管處提供
圖說4：惡劣天候下將遭雷擊的山友揹負下山/玉管處提供
圖說5：在登山行程中遇天氣變壞，應設定折返點儘速安全撤退，如渡溪前折返以避免溪水暴漲的情形/玉管處提供

Q1:110V轉換220V的優勢在哪裡?
A1:1.大功率電器，線電流可減少一半，減少因較大線電流於開關/屋內配線/插座/插頭所產生的損失。2.幫助平衡家中兩組火線的電流消耗，避免電流集中在單一組火線上。3.交換式電源等部分電器，使用220V時轉換效率會比使用110V時稍微高一點。

Q2:110V轉換220V的劣勢在哪裡?
A2:1.住宅配線需要重新檢視及布線(多拉一條火線至各燈與插座)。2.開關需換成雙刀形式，同時切斷兩條火線，增加配線數量(目前110V只需要配置單刀開關切斷火線通路)。3.需要完善電源/設備接地，使發生漏電時造成的危害降到最低。4.需要更換成220V電器

Q3:轉換成220V是否更容易電線走火?
A3:電線走火主要都是電流超額絕緣皮受熱熔化或是因絕緣皮破損，內部導體短路同時加速線路及周遭可燃物體燃燒，所以跟所乘載電壓沒有絕對關聯。舉個例子，電腦電源輸出低電壓，但如果輸出電流超過線路可承受的值，一樣會整條線冒煙，導體發紅，直到斷電或燒斷為止

Q4:轉換成220V，哪些電器需要更動?
A4:目前常見家電中，就純電阻電熱類電器，傳統感應/串激馬達旋轉電器，傳統安定器日光燈，鎢絲燈泡等需要更換，其他電器大多小修改就可變成220V或是已經採通用電壓(例如採用交換式電源供電裝置，如充電器/電腦產品/液晶電視等)

Q5:轉換成220V，會不會更容易電死人?
A5:電死人的是電流，而非電壓，但流過人體的電流會受到電壓與當時人體的等效電阻所影響，電壓提高，同樣電阻下電流變大，電阻變小(身體/手腳有水或是潮濕環境)，同樣電壓下電流變大，台灣家用單相三線式為兩條火線與一條中性線組成，任一火線對中性線為110V，兩條火線為220V，所以假如人體觸摸到其中一條火線，對地電壓差都是110V，但如果同時碰到兩條火線，就會有220V的電壓差，這時觸電危險性就會大增

Q6:為何家用交流電會導致電死人的狀況?
A6:因為市電能提供相當充足的來源，可視為一個很大的電源，若人體觸電，除非切斷電源或人體脫離帶電物體，使電流迴路中斷，則流過人體的電流不會停止，對人體也持續產生傷害，所以說假使觸電時人手因肌肉收縮導致緊抓電源不放，就會非常危險，電流長時間流過心臟，將影響竇房結(節律點)產生自主心律，心臟也因電流失控產生纖維性震顫，心臟不正常收縮，就會因血液循環停止導致腦部及其他組織缺氧而死亡
另外當流過身體的電流達到一定值，電流經人體電阻所產生的發熱量也會傷害人體組織(P=I*I*R)，尤其是脆弱的腦部及器官

Q7:電蚊拍電壓也很高，但為何不會馬上電死人?
A7:因電蚊拍產生的高壓是經由振盪電路及倍壓電路，將電壓逐漸累積在內部儲能高壓電容器上，儲能高壓電容器本身只能攜帶固定的能量，當人體碰到，電容內部儲存的能量的確會造成麻痛感，但當電容內能量釋放完後，流過人體的電流就會停止，麻痛感消失，這時即使持續通電讓內部振盪及倍壓電路，因為加上人體阻抗後高壓電容就會慢慢釋放其累積的能量(當成放電電阻)，所以不會對人體造成如初次接觸般明顯的麻痛感，但如果電路的升壓功率較高，或是使用較大可儲存更多能量的高壓電容(例如捕蚊燈)，就可能在高壓電容放電中對心臟等其他地方造成影響

醫療用心臟電擊器，也是屬於電容儲能釋放的應用，實施電擊前要經過一定的電量儲存時間(充電時間)，才能達到指定的焦耳值(能量)，加上將兩個電極安裝在正確的位置(離心尖最近的電流通路)，經由一次放電將電能量集中在心臟上以提高電擊效果

以上