〈觀察〉挾矽製程優勢搶攻氮化鎵領域 台廠佈局效益明年起顯現

5G、電動車應用推升高頻率、高功率元件需求。(圖:AFP)
5G、電動車應用推升高頻率、高功率元件需求。(圖:AFP)

隨著 5G 應用需求逐步升溫,國內半導體廠商也正積極佈局化合物半導體氮化鎵 (GaN) 元件,挾著矽製程固有的規模經濟優勢,搶進氮化鎵應用領域,包括晶圓代工龍頭台積電 (2330-TW)、漢磊投控 (3707-TW) 旗下晶圓代工廠漢磊科、矽晶圓大廠環球晶 (6488-TW) ,都已小量生產中,效益可望從明年起陸續顯現。

5G、電動車應用推升高頻率、高功率元件需求,而第三代寬頻化合物半導體材料氮化鎵,主要應用於 600 至 1000 伏特的電壓區間,具備低導通電阻、高頻率等優勢,可在高溫、高電壓環境下運作,應用包括變頻器、變壓器與無線充電,為國防、雷達、衛星通訊與無線通訊基地站等無線通訊設備的理想功率放大元件。

由於氮化鎵適用於高頻環境,在 5G 進展至毫米波頻段之下,氮化鎵可提供高頻射頻元件技術上更好的選擇,業界看好,氮化鎵元件將逐步取代橫向擴散金氧半導體 (LDMOS),成為 5G 基地台主流技術。且在手機功率放大器 (PA) 方面,因 GaN 材料具備高頻優勢,未來也可望取代砷化鎵製程,成為市場主流。

現行的氮化鎵功率元件,以 GaN-on-Si(矽基氮化鎵)、GaN-on-SiC(碳化矽基氮化鎵)2 種晶圓為主,雖然 GaN-on-SiC 性能相對較佳,但價格大幅高於 GaN-on-Si,且 GaN-on-Si 可利用矽製程固有的規模經濟優勢,也成為目前台廠著眼的目標。

台積電目前已小量提供 6 吋 GaN-on-Si 晶圓代工服務,650 伏特和 100 伏特氮化鎵積體電路技術平台,預計今年開發完成。今年 2 月也宣布結盟意法半導體,意法將採用台積電的氮化鎵製程技術,生產氮化鎵產品,加速先進功率氮化鎵解決方案開發與上市,攜手搶攻電動車市場商機。

台積電總裁魏哲家也說,氮化鎵製程技術目前進展不錯,符合客戶要求,但目前還是小量生產,預計未來將廣泛、且大量被使用。

除台積電外,晶圓代工廠世界先進 (5347-TW) 在氮化鎵材料上已投資研發 4 年多,與設備材料廠 Kyma、及轉投資氮化鎵矽基板廠 Qromis 攜手合作,著眼開發可做到 8 吋的新基底高功率氮化鎵技術 GaN-on-QST,今年底前將送樣客戶做產品驗證,初期主要瞄準電源相關應用。

矽晶圓大廠環球晶 (6488-TW) 近來也積極佈局半導體新材料,氮化鎵材料已小量生產,今年將加大投資力道,應客戶需求擴產,雙方正在商談合作細節。

磊晶矽晶圓廠嘉晶 (3016-TW)6 吋 GaN-on-Si 磊晶矽晶圓,已進入國際 IDM 廠認證階段,並爭取新訂單中;同屬漢磊投控集團的晶圓代工廠漢磊科,已量產 6 吋 GaN on Si 晶圓代工,瞄準車用需求,相關元件第 3 季可望小量出貨,效益預期將從明年起發酵。


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