〈觀察〉碳化矽元件潛力、商機可期 IDM到矽晶圓廠加速擴大佈局

隨著 5G、電動車等新應用興起，第三代化合物半導體材料逐漸成為市場焦點，看好碳化矽 (SiC) 等功率半導體元件，在相關市場的優勢與成長性，許多 IDM、矽晶圓與晶圓代工廠，均爭相擴大佈局；即便近來市場遭遇新冠肺炎等不確定因素襲擊，業者仍積極投入，盼能搶在爆發性商機來臨前，先站穩腳步。

目前全球 95% 以上的半導體元件，都是以第一代半導體材料矽作為基礎功能材料，主要應用在資訊與微電子產業，不過，隨著電動車、5G 等新應用興起，推升高頻率、高功率元件需求成長，矽基半導體受限矽材料的物理性質，在性能上有不易突破的瓶頸，也讓廠商開始爭相投入化合物半導體領域。

第三代半導體材料包括氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC) 等寬頻化合物半導體材料，其中，碳化矽具備低導通電阻、高切換頻率、耐高溫與耐高壓等優勢，可應用於 1200 伏特以上的高壓環境。

相較於氮化鎵，碳化矽更耐高溫、耐高壓，較適合應用於嚴苛的環境，應用層面廣泛，如風電、鐵路等大型交通工具，及太陽能逆變器、不斷電系統、智慧電網、電源供應器等高功率應用領域。

近來隨著電動車與混合動力車發展，碳化矽材料快速在新能源車領域崛起，主要應用包括車載充電器、降壓轉換器與逆變器。且據研究機構 IHS 與 Yole 預測，碳化矽晶圓的全球電力與功率半導體市場產值，將從去年的 13 億美元，擴增至 2025 年的 52 億美元。

目前碳化矽晶圓市場由 CREE 獨霸，市占率高達 6 成之多，國內矽晶圓大廠、也是全球第三大矽晶圓供應商環球晶 (6488-TW)，也積極跨入碳化矽晶圓領域，已有產品小量出貨，去年 8 月更宣布與 GTAT 簽訂碳化矽晶球長約，確保取得長期穩定、且符合市場需求的碳化矽晶球供應，以加速碳化矽晶圓產品發展。

另一家國內矽晶圓廠合晶 (6182-TW) 也持續關注碳化矽或氮化鎵產品，並評估進行策略合作，未來可能與其他廠商結盟。韓國唯一的半導體矽晶圓廠 SK Siltron，也呼應韓國政府近來推動的材料技術自主化政策，今年 2 月底收購美國化學大廠杜邦 (DuPont) 的碳化矽晶圓事業，積極切入次世代半導體晶圓技術。

除矽晶圓廠外，國內投入碳化矽領域的還包括佈局最早的漢磊投控 (3707-TW) ，已在此領域建立完整生產鏈，旗下磊晶矽晶圓廠嘉晶 (3016-TW) 切入 4 吋與 6 吋 SiC 磊晶矽晶圓代工服務，已獲客戶認證並量產；同集團的晶圓代工廠漢磊科，則提供 SiC Diode、SiC MOSFET 代工服務。

近來新加入市場的，還有尋求新事業發展的太陽能廠太極 (4934-TW)。太極上 (2) 月與中科院簽署碳化矽專利授權合作開發合約，將著墨在碳化矽長晶與基板，初期切入高壓功率元件應用市場，最快第 4 季可量產基板。

而在 IDM 廠方面，除英飛凌 (Infineon)、羅姆 (ROHM) 等 IDM 大廠積極布局外，安森美半導體 (ON Semiconductor) 也在本月與 GTAT 簽訂 5 年碳化矽材料供給協議。

雖然受限成本與技術門檻較高、產品良率不高等因素，使碳化矽晶圓短期內難普及，但隨著既有廠商與新進者相繼擴增產能佈局，且在電動車、5G 等需求持續驅動下，可望加速碳化矽晶圓產業發展。