〈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躍升成市場焦點。(鉅亨網資料照)
隨著5G、電動車等新應用興起,第三代化合物半導體材料躍升成市場焦點。(鉅亨網資料照)

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。


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