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【產業概觀】第三代半導體為電動車的關鍵,概念股一次看

鉅亨研報 2023-07-14 14:23

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【產業概觀】第三代半導體為電動車的關鍵,概念股一次看。(圖:shutterstock)

新聞上經常提及三星、台積電在先進製程工藝上的差距,包含 GAA、FinFET、GAA、Nanosheet 等技術,到底半導體是什麼?第三代半導體又有甚麼樣的優勢?本篇就帶大家來認識,一起來看看吧!

一、半導體是什麼?介於導電、不導電間的的材料


半導體是材料的總稱,指的是製造晶片的原材料,因其介於導電和不導電之間,利用施加電壓的方式來控制電子流通或不導通(即 1 或 0)因此稱作「半導體」,又可分為主動元件與被動元件,主動元件泛指可以控制電子導通與不導通,通常也可以用再放大電壓或者電流,而被動元件則是無法控制導不導通,單純僅讓電子通過。

主要的材料即為透過沙子提煉出來的純矽,並且透過許多化學製程形成所謂的「矽晶棒」,最後再將圓柱狀的晶棒進行切片,就形成了「矽晶圓」,這也就是積體電路的基板,透過在基板上參雜不同的半導體,就能製作出不同半導體元件,來控制電子與電洞的移動,元件最小的單位即稱「電晶體」,電晶體上的閘極長度代表半導體製程的的進步程度,稱「閘極線寬」,就是新聞上經常提及的奈米工藝。

最初電晶體主要是平面式的,稱平面電晶體 (Planar FET),然而在 20 奈米後因為體積的縮小,閘極越來越窄,電子們容易偷跑造成漏電,為了解決這個問題。

鰭式場效電晶體 (Fin FET) 因此問世,主要是將半導體由平面轉為立體 3D 增加接觸面積,好讓閘極更好的從 3 個面控制電子流通,這項技術是由前台積電技術長胡正明等五位教授所發明。

去年三星率先於 3 奈米導入 GAA 的技術,一度被市場認為將彎道超車台積電,而當今台積電也宣布將於 2 奈米導入新一代 Nanosheet 技術。

GAA 與 Nanosheet 兩者架構其實是相似的,皆由原來 3 個面控制電子變成 4 個面,可以想像成接觸面積增加,就可以更好控制電子防止漏電,在工藝相近的情況下,良率將會是影響台積電與三星的獲利關鍵。

二、半導體材料差異影響終端應用,第三代半導體為電動車的關鍵

半導體材料會根據參雜的物質不同而有著不同的特性,因此有著第一代、第二代、第三代半導體的差別,最被廣為使用的即為矽,原因是矽容易取得,除此以外也會使用鍺等元素。

這類由單一元素組成的半導體,也稱作「第一代半導體」、「元素半導體」,由兩種或以上的元素所組成的半導體,即稱「化合物半導體」,其中又可以分為第二代、第三代半導體。

這邊也要提醒大家,不是越新的代數就表示上一代就會被淘汰,而是根據物理特性的不同,產生不同的應用場景。

由上方圖片可以得知,各類的半導體皆有其適合的場景,比如說砷化鎵多應用在射頻元件,其中又以手機應用相對大宗,故在消費性電子需求疲軟時,相關的概念股就受到影響,而在 Type-C 供應鏈議題中,我們提及充電效率的提升主要就是因為氮化鎵的特性即為耐高溫、同時可以高頻運作,因此目前產品應用多在快速充電與電源管理等民生消費需求中使用,碳化矽則是因為其耐高溫高壓的特性,故適合用在逆變器,不但帶動電源供應與工業應用的趨勢,更為電動車的關鍵零組件,使得多國將其視為戰略物資。

基板長晶技術難度高,多國將其視為戰略物資

矽晶圓的製造主要是晶提煉、溶解、提純、蒸餾形成晶棒,在經過切片與拋光後形成晶圓。當中晶體長成晶棒的過程稱作長晶,比如說 SiC 長出 SiC 晶棒、矽晶體長出矽晶棒。

磊晶:在晶圓上長出新結晶形成半導體層的技術,磊晶完的晶圓再交給晶圓代工廠去製造晶片。

然而 SiC 基板長晶技術難度相當高,比方說當矽晶棒僅需 3 天就可以長出 200 公分高的晶棒,但 SiC 基板 7 天僅長出 2~5 公分。技術難度高也代表生產成本提升,且沒有基板,就無法磊晶生產 SiC 晶片。使得 SiC 基板當前被視為戰略物資,要大量取得並不容易。

當前長晶技術主要也掌握在大廠手中,如 Cree(現為 Wolfspeed)、羅姆等國外大廠,台廠相較落後。不過在 SiC 磊晶與晶圓代工與一般半導體製程差異不大,故台廠若能掌握長晶技術,就等於最重要的關鍵技術。

三、第三代半導體台廠供應鏈

長晶依基板不同有:(4934-TW) 太極、(6488-TW) 環球晶、(4944-TW) 兆遠

磊晶則有:(3016-TW) 嘉晶、(6488-TW) 環球晶、(2455-TW) 全新、(3714-TW) 富采、(5347-TW) 世界先進等

晶圓代工:(3707-TW) 漢磊、(3105-TW) 穩懋、(8086-TW) 宏捷科、(3714-TW) 富采、(2342-TW) 茂矽

IC 設計:(8261-TW) 富鼎、(3317-TW) 尼克森

封裝:(2393-TW) 億光、(3374-TW) 精材

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