化合物半導(dǎo)體是半導(dǎo)體未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),5G、人工智能(AI)的芯片均有相關(guān)應(yīng)用。近年來(lái),中國(guó)臺(tái)灣扶植多項(xiàng)化合物半導(dǎo)體計(jì)劃,其中在設(shè)備方面,希望2025年之前達(dá)成兩大目標(biāo):一是8吋碳化硅(SiC)長(zhǎng)晶及磊晶設(shè)備自主、8吋SiC晶圓制程關(guān)鍵設(shè)備與材料源自主;二是以策略聯(lián)盟的方式合資設(shè)立化合物半導(dǎo)體公司,以求在該領(lǐng)域占有一席之地。
半導(dǎo)體為所有ICT系統(tǒng)應(yīng)用的核心,不過(guò)臺(tái)灣在化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問(wèn)題,主要為SiC晶圓皆為海外大廠掌控,因此經(jīng)濟(jì)部鎖定6吋、8吋SiC晶圓長(zhǎng)晶爐、氮化鎵(GaN)金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等關(guān)鍵缺口設(shè)備,另建立SiC晶圓國(guó)產(chǎn)供應(yīng)能力,避免產(chǎn)業(yè)發(fā)展受國(guó)外晶圓供應(yīng)的牽制。
根據(jù)臺(tái)灣機(jī)構(gòu)的分析,GaN同時(shí)具備了高頻與高功率之優(yōu)秀特性,在較低頻之厘米波高功率(基地站)市場(chǎng)上已逐漸取代傳統(tǒng)之LDMOSFET,在高頻毫米波(mmWave)應(yīng)用上可取代砷化鎵(GaAs) 。市場(chǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)矽基氮化鎵(GaN-on-Si)具備巨大之市場(chǎng)潛力,保守估計(jì)2030年前,GaN-on-Si市場(chǎng)可望超越碳化矽硅基氮化鎵(GaN-on-SiC),關(guān)鍵在于大尺寸制程技術(shù)之成熟度。
全球化合物半導(dǎo)體的產(chǎn)值有超過(guò)5成是由臺(tái)灣廠商所創(chuàng)造。不過(guò),臺(tái)灣在GaN、SiC半導(dǎo)體材料起步較晚。市場(chǎng)上的GaN功率元件以GaN-on-Si和GaN-on-SiC這2種晶圓進(jìn)行制造,技術(shù)主要掌握在國(guó)際少數(shù)廠商手上,例如美國(guó)Wolfspeed及日本的羅姆(ROHM)。
相對(duì)于GaAs,GaN、SiC材料有更好的散熱性能,可應(yīng)用在基地臺(tái)、電動(dòng)車(EV)、低軌衛(wèi)星、能源、充電站與軌道運(yùn)輸。國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS) 提到,應(yīng)用導(dǎo)向的超越莫爾定律(More than Moore)技術(shù),要提升芯片效能、功能性與價(jià)值,化合物半導(dǎo)體將在此扮演非常關(guān)鍵的角色。
中國(guó)臺(tái)灣多家晶圓代工業(yè)者早已切入化合物半導(dǎo)體的制造,2023年政府委托法人執(zhí)行中的大型化合物研發(fā)計(jì)劃也超過(guò)13件。其中以工研院執(zhí)行的計(jì)劃案數(shù)量最多、金額也最高,其中1項(xiàng)就是要發(fā)展化合物半導(dǎo)體材料自主技術(shù),建構(gòu)材料在地供應(yīng)鏈,打造高值化的生態(tài)系。
至于目前科會(huì)則有「次世代化合物半導(dǎo)體前瞻研發(fā)計(jì)劃」,主要專注于GaN、磷化銦(InP)于超高速的元件技術(shù)開(kāi)發(fā);和GaN、SiC、氧化鎵(Ga2O3)及鉆石等寬能隙材料的研究,并開(kāi)發(fā)GaN及SiC等寬能隙元件,達(dá)成高操作電壓及低導(dǎo)通電阻,以取代Si功率元件。
科會(huì)列出的計(jì)劃目標(biāo)包含:關(guān)鍵制程開(kāi)發(fā),例如高溫離子布值、寬能隙材料蝕刻、低電阻歐姆接觸等;創(chuàng)新場(chǎng)平板、super junction及edge termination的設(shè)計(jì)制作達(dá)到優(yōu)化電場(chǎng)分布;開(kāi)發(fā)高壓化合物半導(dǎo)體大尺寸基板及磊晶技術(shù)、元件封裝及熱效應(yīng)優(yōu)化、培養(yǎng)相關(guān)元件設(shè)計(jì)與模型建立能力;可靠度評(píng)估分析及元件特性模型化。
研院的中國(guó)臺(tái)灣半導(dǎo)體研究中心(TSRI)目前也開(kāi)發(fā)次太赫茲(sub THz)單芯片毫米波IC的制程技術(shù),探索磊晶、T型閘極晶體管、高散熱封裝及電路驗(yàn)證等各個(gè)面向可能的技術(shù)走向。
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原文標(biāo)題:中國(guó)臺(tái)灣發(fā)力碳化硅:目標(biāo)2025年實(shí)現(xiàn)8英寸晶圓及設(shè)備自給自足
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