@businessfocus.io】【下一隻台積電？】第三代半導體乜都得 5G發射站、衞星、電動車快充都要用
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半導體材料備受觸目發展潛力極高，當中第一代的半導體材料由於最為成熟，成本相對便宜。其中包括鍺以及矽。其中比較常見的有各大矽晶片處理器，能應用在不同微電子產業。而第三代半導體則以碳化矽（S...
@businessfocus.io】【下一隻台積電？】第三代半導體乜都得 5G發射站、衞星、電動車快充都要用
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半導體材料備受觸目發展潛力極高，當中第一代的半導體材料由於最為成熟，成本相對便宜。其中包括鍺以及矽。其中比較常見的有各大矽晶片處理器，能應用在不同微電子產業。而第三代半導體則以碳化矽（SiC）以及氮化鎵（GaN）為代表，兩者主要應用在5G 基地台、快充以及電動車充電等相關產品領域。認識新一代半導體，捕捉相關具潛力的公司。更可能有助找到下一隻十倍股。以下將會介紹相關第三代半導體科技應用，以及一些與第三代半導體發展相關的公司，望為觀眾帶來啟示。
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引用英國布里斯托大學物理學家Martin kuball的研究表示，第三代半導體在能量損失較少，傳導電流的能力更佳，尤其使用氮化鎵的物料代替矽等傳統物料，現時已經能減少耗電達20%。第三代半導體無論在耐高溫及耐高壓上，比起以往半導體物料在尺寸及功效上都更優越。尤其在散熱性能上，更適合在現時5G的高頻通訊以及電動車充電產品。當中以Tesla（TSLA.US）的model 3 車中的逆變器就經已使用碳化矽的相關技術。尤其是原有矽晶片必須遠離引擎，減少晶片過熱問題。但氮化鎵（GaN）在高溫耐受上表現出眾，氮化鎵（GaN）取代上一代電子原件，將能夠隨意放在汽車引擎中。相關技術將會直接顛覆未來的汽車設計。
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5G通訊帶動半導體氮化鎵（GaN）在高速成長
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除了大熱電動車領域，推動相關物料高速成長。另外，5G通訊要求晶片具有良好散熱效能。亦因此亦帶動氮化鎵（GaN）在射頻元件（RF）領域的高速成長。一個法國市場研究公司 Yole Développement 報告中預計氮化鎵在射頻元件（RF）滲透率年成長率能高達七成。當中以蘋果公司(NASDAQ：AAPl）的iPhone 作例，據市場調查機構 TechInsights 分析，氮化鎵（GaN）射頻元件占蘋果旗艦手機成本漲幅超過三成，上代iPhone 11 Pro 的射頻元件價值33 美元，成長到 iPhone 12 Pro 的近44美元。現時在消費電子產品中氮化鎵在射頻元件上經已占一席位，根據半導體行業研究調查，表示在新式氮化鎵的通訊半導體在毛利率上能高達40%。
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碳化硅 （SiC）以及氮化鎵（GaN）應用大不相同
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在介紹相關公司之前，應了解第三代半導體中碳化矽（SiC）以及氮化鎵（GaN）在應用上有何不同。現時很多半導體公司發展氮化鎵（GaN）其電壓主要在電壓耐受的不同。雖然兩者同樣有耐高溫耐高壓，在功率上更勝從前。但基於材料特性的不同，兩者應用亦大不相同，在耐受電壓上高於600-650電壓一般會採用碳化矽（SiC）。例如在上述提及特斯拉汽車 (NASDAQ：TSLA）的電動車及5G發射站等。而較低的耐受電壓則多選用氮化鎵（GaN）的技術，例如手提電腦充電器及5G通訊晶片等。然而，依目前技術來說，碳化矽（SiC）的成本較高，因為物料需要更複雜的晶片製程，量化程度亦相對更困難。
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克里科技投資存風險 但有機會跑出
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美國克里科技(NASDAQ:CREE) 有機會因第三代半導體物料而跑出，原因在於這間公司在新一代碳化硅 （SiC）材料中佔據高達60%的市場份額。而这些材料对電動汽車的未来十分重要。而克里科技更計劃到2024年將碳化硅 （SiC）產能提高30倍，並為其氮化鎵（GaN）業務再投資10億美元（近78億港元）。另外，拜登上任後大刀闊斧振興美國半導體的製造能力，更召開會議討論半導體晶片短缺問題。拜登及後有可能為美國半導體公司提供優待政策，使到克里科技等美國半導體公司受益。但值得憂慮的是，根據美國股票投資網站Simply Wall St當中有綜合分析認為，克里科技預計最快大約3年後才達收支平衡。而為了在2024年收支平衡，公司更需要每年增長近80％，才會在3年後產生1.27億美元的利潤。而如果業務以較慢的速度增長，更可能會比預期晚產生盈利。而且公司具相對較高的債務水平達到43%，在投資上存有一定風險。iStock-1280700336
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韓國SK集團積極收購 搶碳化硅全球市占
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韓國的產業通商資源部)在今年二月宣布計劃增加對碳化硅 （SiC）和氮化鎵（GaN）業務的投資支持。希望從2021年起搶占全球碳化硅和氮化鎵市場。而SK集團（KRX:034730)作為韓國第三大跨國企業。這個集團最近亦加強對新一代半導體的投資。2021年1月，SK集團向韓國唯一碳化硅製造商Yes Power Technix投資268億南韓圜（近1.85億港元）以收購其33.6％股權。而未來韓國半導體市場將看到加速增長的趨勢。 此外，在上一年，SK 集團旗下的子公司SK Siltron亦收購美國化工公司杜邦(NASDAQ:DD)的碳化硅晶圓部門。韓國SK集團在近年積極佈局，亦有機會為第三代半導體帶來變天，跟上其他半導體廠商的腳步，成為韓國第三代半導體的領班人。
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Text by BusinessFocus Editorial
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第三代電腦電子元件 在 COMPOTECHAsia電子與電腦 - 陸克文化 Facebook 的精選貼文
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【GaN 功率元件強勢降臨】
被稱為第三代半導體材料的「氮化鎵」(GaN) 新興工藝技術，用於功率因數校正 (PFC)、軟式切換 DC-DC 等電源系統設計，以及電源轉接器、太陽能逆變器、伺服器和通訊電源等各種終端應用，可實現矽元件難以達到的高電源轉換效率和功率密度水準，為交換式電源供應器和其他在能效及功率密度至關重要的應用，帶來性能的飛躍。GaN 具備出色的擊穿能力、更高的電子密度及速度，能負載的工作溫度也更高。
GaN 提供高電子遷移率，意味著切換過程的反向恢復時間可忽略不計，故擁有低損耗、高切換頻率優點。前者加上寬頻元件的高結溫特性，可降低散熱量；後者則可減少濾波器和無源元件的使用 (如：變壓器、電容、電感等)，進而減少系統尺寸和重量、提升功率密度，有助設計人員實現緊湊的高能效電源方案。同為寬頻元件，GaN 比 SiC 成本更低、更易於商業化，具備廣泛採用的潛力，包括：工業、電腦、通訊、LED照明及網路領域的各種高壓應用。
採用單排直插 TO-220 封裝，更易於根據客戶現有製板能力進行整合。基於同一導通電阻等級，與高壓矽 MOSFET 相較，第一代 600 V 矽基 GaN (GaN-on-Si) 元件即可提供 4 倍以上的閘極電荷、更優的輸出電荷、同級輸出電容和 20 倍以上的反向恢復電荷，未來技術水準將持續演進。Cascode 相當於由 GaN HEMT 和低壓 MOSFET 組成：GaN HEMT 可承受高電壓，過電壓能力達到 750 V，並提供低導通電阻；低壓 MOSFET 則提供低閘極驅動和低反向恢復。
HEMT 是高電子遷移率電晶體的英文縮寫，通過二維電子氣在橫向傳導電流下進行傳導。使用 600 V GaN Cascode 的三大好處是：
★具有卓越的自體二極體特性：串接建立在低壓矽技術上，且反向恢復特別低；
★容易驅動：設計人員可使用像普通 MOSFET 一樣的傳統閘極驅動器，採用電壓驅動，且驅動由低壓矽 MOSFET 的閾值電壓和閘極電荷決定；
★高可靠性：透過長期應用級測試，且符合 JEDEC 行業標準——零個擊穿、最終的漏電流和導通電阻皆低於規格門檻。
在連續導電模式 (CCM) 升壓 PFC 拓墣中，在 200 KHz 和 120 Vac 輸入的條件下，Cascode GaN 較超結合Si (SJ Si) 提升近 1% 的效率；隨著頻率升高，GaN 的優勢將更明顯。採用 GaN還可實現「圖騰柱」(Totem Pole) 電路，較傳統 CCM 升壓 PFC 提供更高能效。高能效的電源轉換有利於軟切換電路拓墣結構回收能量，如：相移全橋、半橋或全橋 LLC、同步升壓等。受惠技術發展和市場成長，有望降低 GaN 的採用成本。
延伸閱讀：
《安森美半導體推進更快、更智慧和更高能效的GaN電晶體》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2016/0428/31784.html
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圖檔取材：pixabay.com
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