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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廠商不分國內外，投資台灣大集合啦！

全球第1大工業氣體公司「#法商亞東工業氣體」，看好台灣半導體產業的發展，今年7月在臺中中港加工出口區，舉辦新廠動土典禮，11月底再次舉辦新廠動土典禮，這一次投入新台幣40億元，選在新竹科學園區增租0.7公頃土地新建廠房，運用先進製程製造高純度的工業用氣體，除了提供園區內高科技廠商所需，也將發揮領頭角色，吸引更多外商來台投資，幫助台灣鞏固半導體產業優勢。

除了新廠動土，廠商投資更是一直加碼，像是電子零組件「#美商安天德百電」、精密機械加工「#聚鉑精密科技」、金屬板電阻廠商「#天二科技」，總計投資18.78億元入駐加工區，為的就是要擴增電動車絕緣與密封零件、被動元件、5G雲端伺服器零組件等相關產線，拓展企業布局。

Ｈonda重要供應鏈「#承化實業」，則是台灣粉末冶金業界，唯一布局兩岸三地、東南亞的跨國企業。隨著多家台廠客戶已將產能移回台灣，加上疫情影響，承化決定將較高毛利率的美系車廠零件移回台灣生產，將投資4億元在苗栗增建智慧化廠房，導入新型精密設備，打造高附加價值產品。

#選擇台灣 #投資大吉

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【結合馬達驅動與冷卻系統，電動車變頻更節能】

專為電動車變頻器設計的微控制器 (MCU)，整合變頻器、馬達驅動和冷卻系統，能以最小的尺寸提供最大的彈性，提升節能效率。

它內建馬達專用的增強型電機控制單元 (EMU) 及切換式磁阻馬達控制器 (SRMC)，可分別驅動內嵌式永磁馬達 (IPM) 及切換式磁阻馬達 (SRM)；同時將「解角／數位轉換器」(Resolver-to-Digital Converter, RDC) 集成到 IC 內部，得以最低的 CPU 負載提供最大的效能。

具有極低導通電阻的絕緣柵雙極電晶體 (IGBT) 技術，能有效降低 20% 的切換損耗，並實現高速且低功耗的必要隔離；此外，內嵌溫度感測器的 IGBT，可在第一時間監測到 IGBT 發熱狀態、即時採取對應措施，有效降低整體發熱、提升 25 倍的功率密度及 10% 的效率。

演示視頻：
《Renesas：瑞薩 HEV/EV 車用變頻器解決方案》
http://www.compotechasia.com/a/CTOV/2017/0309/34875.html

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