考慮美中對立情勢，資策會MIC表示可預見中國大陸未來在先進製程發展中所需之設備、軟體、關鍵零組件、耗材均將受到出口管制；另從晶片法案到CHIP 4聯盟倡議，足見美國希望獲得半導體業者更有力的支持；台廠在美國加大管制的情況下，IC設計與晶圓代工業者在中國大陸市場業務將受到更多限制。 另一方面，中國大陸被迫加速自主半導體製程技術與設備之開發，預期3至5年後，其成熟製程將具備威脅台系晶圓代工廠之能力。 非常歡迎您使用「ivendor」（以下簡稱本網站），為了讓您能夠安心使用本網站的各項服務與資訊，特此向您說明本網站的隱私權保護政策，以保障您的權益，請您詳閱下列內容： 一、隱私權保護政策的適用範圍 隱私權保護政策內容，包括本網站如何處理收集到的所有識別資料。 碳化矽半導體2023 隱私權保護政策不適用於本網站以外的相關連結網站，也不適用於非本網站所委託或參與管理的人員。 二、個人資料的蒐集、處理及利用方式 • 當您造訪本網站或使用本網站所提供之功能服務時，我們將視該服務功能性質，請您提供必要的個人資料，並在該特定目的範圍內處理及利用您的個人資料；非經您書面同意，本網站不會將個人資料用於其他用途。 • 本網站在您使用服務信箱、諮詢留言等互動性功能時，會保留您所提供的姓名、聯絡方式及使用時間等。
半導體產業的趨勢，可從Cree身上映射出未來半導體發展的身影，一點也不為過。 這幾年，Cree對其業務進行調整，其中碳化矽是一個重點，用以構建他們在寬能隙半導體業務上的影響力。 觀察台灣在第三代半導體的布局進度，除了要先克服技術瓶頸，還面臨國外大廠發展多年、技術領先，再加上中國「十四五規劃」將砸 10 兆人民幣、在 碳化矽半導體2023 5 年內全力發展第三代半導體，打算來個「技術大超車」。
碳化矽半導體: 電動車需要「新型晶片」，台積電市占僅4%！這種半導體，讓特斯拉續航破600公里
SiC的寬能隙 (Band Gap) 比現有Si (矽) 的能隙寬度寬3倍以上，可承受10倍以上的電壓，SiC的低損耗、高功率特性適用在高電壓與大電流的應用場域，包含電動車、電動車充電基礎設施、太陽能以及離岸風電等綠能發電設備。 第三代半導體材料SiC較傳統Si，能降低50%電能轉換損耗、降低20%的電源轉換成本，還能提升電動車4%的續航能力。 除了碳化矽，第三代半導體新材料還包括可應用於6G通訊以上的高頻材料氮化鎵；在行政院已核定的今年起為期四年的半導體「埃米計畫」中，技術處將以四億元挹注氮化鎵材料開發，預計發展可相容於目前矽製程的八吋晶圓，為5G、6G網通提供自主材料。 第三代半導體目前最熱門的應用是利用 Gan 氮化鎵 製造的電源轉換器（簡稱 Power GaN），市場上也有人白話地稱之為「氮化鎵充電器」。 在第三代半導體技術發展之前，要製造類似的產品，重要原料之一的碳化矽基板是個頭痛的問題 — 一片 6 寸寬的圓形碳化矽基板，就要台幣 8 萬塊，這使得很多廠商認為這項產品無利可圖，因此沒有很多人願意做這門生意。
- [27]此外碳化硅的熱膨脹係數也非常低（4.0×10-6/K）同時也不會發生可能引起的不連續性熱膨脹的相變。
- 而美國總統拜登也宣布將政府 65 萬輛車隊全數換為電動車；又如歐盟規定從 2021 年開始，所有新登記車輛的二氧化碳排放量需低於 95 克/公里等。
- 環球晶結合下游相關公司，如宏捷科、強茂、朋程、台半、茂矽等公司，未來有可能成為世界第一的半導體上游長晶公司。
- 由徐秀蘭領軍的中美晶集團，同樣是其中的佼佼者，環球晶除了已與美國碳化矽晶球廠GTAT簽下長約外，也同樣透過入股結盟的方式，完成了結合基板與磊晶、砷化鎵代工廠宏捷科、車用二極體模組朋程的營運模式。
- 除了產能之外，英飛凌能持續在第三類半導體領先的原因當中，技術扮演其中的關鍵。
- 台灣廠商也加速布局碳化矽產品，例如台亞半導體子公司積亞半導體，將斥資新台幣45億元在竹科導入先進設備與智慧化生產系統，投入碳化矽半導體功率元件生產。
- 這種替換成本每輛車儘管增加近1500元，但整車效率的提升可以在同樣續航下使用更小的動力電池，從而在電池端將成本省回來。
碳化矽元件商品化的主要問題是如何去除缺陷：包括邊緣位錯、螺旋位錯（空心和閉合）、三角形缺陷及基面位錯[36]。 因此，雖然有許多研究設法要改善特性，但最早期SiC材料的元件，其反向電壓阻隔能力不好[37]。 除了晶體品質外，SiC和二氧化矽的界面問題也影響了SiC MOSFET及IGBT的發展。 今年第二季度，國際半導體產業協會（SEMI）正式發佈了碳化矽半導體外延晶片全球首個SEMI國際標準——《4H-SiC同質外延片標準》（Specification for 4H-SiC Homoepitaxial Wafer）。 此標準由瀚天天成電子科技（廈門）股份有限公司主導編寫，由中國科學院半導體研究所、株洲中車時代電氣股份有限公司、Wolfspeed等十二家單位參與編寫，曆時近三年時間。
碳化矽半導體: 基板（Substrate）：在黑盒子中製造長晶，難度最高
未來誰能用更低的成本向終端產品製造商提供元件，克服現有價格偏高的挑戰，進而取得更大市占率，值得觀察。 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。 目前碳化矽功率元件於汽車應用約佔70%，根據TrendForce預估，2023年SiC功率元件整體市場規模達22.87億美元，2026年市場規模將成長至53.4億美元，年複合成長（CAGR）高達35%。 曾冠瑋指出，全球半導體廠商皆相當關注8吋SiC基板，在Wolfspeed率先開出8吋SiC基板產能的帶領下，其他供應商將陸續跟上，並積極展開供應鏈上下游合作。 TrendForce預期，至2026年SiC功率元件市場產值可望達53.4億美元，主流應用仍倚重電動車及再生能源，電動車產值將達39.8億美元、CAGR約38%；再生能源達4.1億美元、CAGR約19%。 傳統汽車的耗油率是由引擎決定，未來電動車的續航力則是由第三代半導體SiC技術決定。
鴻海股東會今天舉行，會前鴻揚半導體新竹第三代半導體碳化矽（SiC）6吋晶圓廠首次透過視訊曝光，預估2025年升級至8吋廠，每年最大產能可到20萬片。 ROHM致力於開發適合驅動SiC元件的閘極驅動器IC，與SiC元件結合使用時，可以更大程度地發揮其特性。 此外，羅姆還在開發內建SiC產品的IC，例如內建SiC MOSFET 的AC/DC轉換器控制IC。 羅姆在SiC功率元件和模組的開發領域處於領先地位，這些元件和模組在許多行業的應用中都實現了更佳的節能效果。 安森美強調，到目前為止，安森美在 Roznov 基地的投資已超過 1.5 億美元，並計劃在 碳化矽半導體2023 2023 年加碼投資 3 億美元。 安森美最近因其在捷克的碳化矽投資而獲外國投資協會 (AFI) 投資領域重大貢獻獎。
碳化矽半導體: 中國發1.5兆債救地方 地方政府拿錢需砍公務員
因此，碳化矽未來可望帶動各式功率產品的成長，電動車將成為其中成長速度最快的產業。 過去30年來曾是LED業界領導廠商的美商Cree，從2018年開始將發展重心從LED轉移到第三代半導體，不僅陸續出售LED事業，更在2021年10月宣布正式更名為Wolfspeed，志在成為碳化矽與氮化鎵元件領域的強權。 Wolfspeed的產品系列包括碳化矽和氮化鎵材料、功率開關元件和射頻元件，適用於電動汽車、快速充電、5G、可再生能源和存儲以及航空航天和國防等各種應用。 碳化矽半導體 除了太陽能轉換器以及工業電源供應外，碳化矽在電動移動領域的優勢也非常顯著，英飛淩積極與領先的汽車公司建立合作夥伴關係，近日剛發布聲明與歐洲汽車製造商Stellantis達成多年的碳化矽半導體供應協議，由英飛淩提供價值超過10億歐元的晶片給Stellantis的電動車使用。 此外，英飛淩計畫在德勒斯登市（Dresden）新建一座價值50億歐元的晶圓製造工廠，以擴大12吋晶圓產能。
由於車用認證規格的特殊性，必須由上游到下游高度整合，許多車用 IC 領導廠商都是 IDM 廠，集設計、製造、封裝測試於一體的 IDM，可以配合車廠需求客製化產品，利於控管品質，是一般供應鏈不易打入車輛產業的原因，車用 IC 外包的比重大約在二至三成。 此外，假設逆變器保持功率不變，採用碳化矽的功率元件，重量會更輕、尺寸更小，系統可朝小型化、輕量化發展。 早期的半導體公司都屬 IDM 廠，是從上游到下游垂直整合，台灣 IC 產業率先提出分工策略，推動晶圓代工加上 IC 設計，建立創新的產業結構商業模式。 意法半導體表示，這個階段性的成功是意法半導體佈局更先進的、高成本效益的8吋SiC量產計畫的一部分，到2024年，升級到8吋SiC晶圓屬於公司計畫，公司正在執行的新建碳化矽基板廠和內部採購碳化矽基板比重超過40%的計畫。 不過，由於台灣在矽的製造、封測製程上，原本就擁有高度的技術含量，長久來看仍可借重矽微影、薄膜、蝕刻等製程生產製造流程的基礎，以解決材料挑戰。 長期而言，碳化矽基氮化鎵（GaN on SiC）被視為是未來的主流技術，因為碳化矽基板的導熱性優異，氮化鎵磊晶層的品質較佳，適合高溫、高頻、高功率的產品，如5G基地台、低軌衛星應用。
碳化矽半導體: 電動車及再生能源帶動第三類半導體發展 碳化矽市場前景看好
產業人士分析，碳化矽基板製造關鍵難度在於長晶，高硬度、高脆性、低斷裂韌性的碳化矽晶圓，製造技術門檻高，包括對氣流、高溫製程等控制，其中長晶爐是攸關基板生長品質的重要環節，高溫製程所需的硬式遮罩層製程也是關鍵。 碳化矽（英語：silicon carbide，carborundum），化學式SiC，俗稱金剛砂，寶石名稱鑽髓，為硅與碳相鍵結而成的陶瓷狀化合物，碳化矽在大自然以莫桑石這種稀有的礦物的形式存在。 將碳化矽粉末燒結可得到堅硬的陶瓷狀碳化矽顆粒，並可將之用於諸如汽車剎車片、離合器和防彈背心等需要高耐用度的材料中，在諸如發光二極管、早期的無線電探測器之類的電子器件製造中也有使用。 台灣創新的分工策略發揮優勢，在晶圓代工、IC 封測和 IC 設計等全球市場中，都占有舉足輕重的地位。
他指出，此計畫將同步投入碳化矽元件、材料、磊晶製造甚至次系統，希望四年後能挑戰一七○○伏特以上應用，幾乎可符合絕大部分電動車規格，未來更有機會挑戰到三三○○伏特，能應用在更高壓的電力系統及風力發電機等，也將同步發展設備自主，超前部署完整產業聚落。 邱求慧說，技術處也會與工業局合作，攜手有意願廠商發展碳化矽國產設備，讓材料、製程、設備三關鍵環節都有能力自主。 目前台灣佔優勢的先進製程半導體為第一代矽晶圓，因應零碳風潮，電動車、充電樁及綠能等需求未來將大增，傳統矽晶圓耐電壓幅度有限，可承受超過一千伏特的第三代半導體「碳化矽」，不只是切入新領域關鍵材料，也將是下世代「車用晶片荒」解決關鍵。 最後，觀測整體半導體技術發展趨勢，資策會MIC資深產業分析師鄭凱安指出，未來異質整合封裝發展值得關注，隨著全球封測產業市場規模持續成長，除了專業委外封測（OSAT）廠，晶圓製造大廠如台積電、Samsung、Intel也開始布局先進封裝技術，加大先進封裝資本支出。
碳化矽半導體: 碳化矽應用成長快速，2027年產值挺進60億美元
依據Yole Développement的碳化矽市場預估，2025年SiC功率半導體產值可達32億美元，且由2023年起，全年營收成長率高達44%以上[4]。 由於碳化矽成本仍相當昂貴，業界努力透過多種途徑設法降低SiC基板成本，包括創新晶體的生長方式、研發高效率基板加工技術，以及投入8吋擴產。 總部位於瑞士日內亞的意法半導體，從1996年開始從事碳化矽技術研發，2004年推出了其首款 SiC 二極管，並在2009年推出一款SiC MOSFET（金屬氧化半導體場效電晶體）。 中山大學晶體研究中心是台灣唯一能生長次世代半導體碳化矽（SiC）的實驗室，已率先成功生長出直徑6吋的碳化矽晶體塊材。 中山大學材料與光電科學學系教授兼晶體研究中心主任周明奇指出，研發過程結合中鋼、中鋼碳素等國內企業專業，除在石墨隔熱材料、坩堝及晶體生長設備等領域助攻MIT產業升級，今年7月起更技轉台灣應用晶體公司及其所屬集團，簽訂5年5,000萬元技術移轉案，助攻台灣半導體材料領航優勢。 就未來 10 年的半導體市場發展來看，台積電雖然在全球矽晶圓代工具絕對領先地位，但對第三代半導體材料的應用布局也沒遲疑。
這種替換成本每輛車儘管增加近1500元，但整車效率的提升可以在同樣續航下使用更小的動力電池，從而在電池端將成本省回來。 特斯拉作為第一個大規模採用上碳化矽MOSFET的電動車廠，也曾因400伏特電池系統的成本問題而備受困擾。 比亞迪（美股代碼：BYDDY）、小鵬（美股代碼：XPEV）、蔚來（美股代碼：NIO）這三家中國的電車廠，只好在2018年跟進特斯拉，立即採用400伏特電池系統。
碳化矽半導體: 相關
「除了在第三類半導體材料碳化矽晶體的優勢，中山大學同步研發第四類半導體氧化鎵（Ga2O3）的單晶塊材（Bulk Crystal）。」周明奇說，在硬體設備上，中山大學晶體研究中心已有兩台6吋長晶爐，將於9月新增一台6吋與兩台8寸長晶爐。 下一階段有機會導入化工專業領域的集團成為合作夥伴，從半導體產業鏈最上游的稀土原物料純化及廢料處理等創新研發著力，持續協助MIT企業優化產能並提高台灣國際競爭力。 在研發過程中，中山大學團隊攜手台灣企業共同創新，例如長晶設備包括電源供應器及電腦控制系統等軟硬體100% MIT，長晶爐是由中山大學創新育成中心孵化的企業所打造，坩堝（存放碳化矽原物料的容器）及石墨等隔熱材料更有賴高雄在地企業的應援。 德國、日本廠商已投入坩堝研發生產數十年，特別感謝包括中鋼與中碳的專業支援！ 周明奇強調，由於兩大企業同處於高雄的地利之便，在坩堝的隔熱材料與熱場設計相關技術改善過程中，提供許多協助。
目前的電動車主要是200V-450V的電池動力系統，更高階的車款則將推進到800V的電池動力系統。 碳化矽半導體 市場對於延長電池的續航力、增加電池容量，及縮短充電時間等有極大需求，電池將朝高電壓800V的方向發展，這使能承受高電壓的SiC被寄予厚望。 根據意法半導體的觀察，只要是800V的電池動力系統，都將會是SiC的市場。
碳化矽半導體: 半導體界的突破
國立陽明交通大學國際半導體產業學院院長張翼指出，基板是一種純材料的技術，需要具備高溫熱力學的專業知識，不是買設備就可以自行製作，沒有一定程度的技術來源，很難做出品質好的基板，尤其是在完全密閉的空間裡進行，設計難度也相對比較高。 最後，則是作風較為低調的LED大廠富采集團，據一位了解富采內部的業者透露，富采除了封裝仍需要外包外，其他部分幾乎在集團內都有布局。 碳化矽半導體2023 富采與砷化鎵代工廠環宇合資成立的氮化鎵代工廠晶成半導體，目前已可提供客戶，從磊晶到代工的前段一條龍製程解決方案，在設計端，內部也有漢威光電、嘉和半導體分頭進行開發。 目前 GaN-on-Si 功率元件主要廠商包括 Transphorm、GaN Systems（已被英飛凌收購）、宜普電源轉換、Navitas；英諾賽科及 Nexperia 等等。 至於 GaN-on-SiC 射頻元件的主要廠商則包括住友電工、Qorvo、恩智浦及 Wolfspeed 等。 當前許多廠商試圖從創新長晶方式，以及晶圖切割、抛光及表面處理等高效率基板加工技術，乃至 8 吋擴產等多種途來降低 SiC 基板的成本。
很多人以為，第三代半導體與先進製程一樣，是從第一、二代半導體的技術累積而來，其實不盡然。 從圖中來看，這三代半導體其實是平行狀態，各自發展技術，由於中國、美國、歐盟積極發展第三代半導體，身為半導體產業鏈關鍵之一的台灣，勢必得跟上這一趨勢。 隨著 5G、電動車時代來臨，科技產品對於高頻、高速運算、高速充電的需求上升，矽與砷化鎵的溫度、頻率、功率已達極限，難以提升電量和速度；一旦操作溫度超過 100 度時，前兩代產品更容易故障，因此無法應用在更嚴苛的環境；再加上全球開始重視碳排放問題，因此高能效、低能耗的第三代半導體成為時代下的新寵兒。 第三代半導體是目前高科技領域最熱門的話題，在 碳化矽半導體2023 5G、電動車、再生能源、工業 4.0 發展中扮演不可或缺的角色，即使常聽到這些消息，相信許多人對它仍一知半解，好比第三代半導體到底是什麼？ 對此，本系列專題將用最淺顯易懂、最全方位的角度，帶你了解這個足以影響科技產業未來的關鍵技術。
碳化矽半導體: 科技大廠紛插旗卡位
（Jason Henry/The New York Times） 當特斯拉發布 Model 3 時，其在競爭中擁有一個秘密的技術優勢：一種名為碳化矽（SiC）的材料。 電動汽車的關鍵部件之一是牽引逆變器（traction inverters），它從電池中提取電力，將其轉換成不同的形式，並輸送給驅動車輪的馬達。 電力電子領域正在發生變化，因為工程師們不再使用矽晶片，而是使用碳化矽等新型材料，這種材料可以更快、更有效地處理電力。 （Lyndon French/The New York Times）電子產品在現代生活中還扮演著一個角色，那就是引導電子產品的電力。 電力電子（power electronics）領域正在迅速地發生變化，因為工程師們不再使用矽晶片，而是使用碳化矽等新型材料，這種材料可以更快、更有效地處理電力。 一些新穎的後矽設備（post-silicon devices）已經投入使用，隨著我們的經濟從化石燃料轉向電力，更好的電力電子產品在未來將變得更加重要。
此外，也因為材料的不同，許多製程必須透過不同的機器來執行，無法與過去的矽製程設備完全通用，因此，機器生產製造商與晶圓代工的製造商必須共同討論製程研發的需求，以開發適用的機器設備。 現階段，由於台灣的第3類半導體產業尚未規模化發展，市場上並沒有相關的機器設備供應商。 就因為看到第三類半導體能在電動車市場的發展趨勢中扮演關鍵角色，何吉哲強調，英飛凌也全面布局相關產品。
碳化矽半導體: 搶晶片重複下單 晶片荒更「慌」
至於兩相浸沒式水冷散熱方案，謝明凱說，有別於同業以單相式為主，廣運的兩相式方案更具競爭力，目前與伺服器廠合作拓展市場，預期2024年可望開始貢獻業績。 他表示，公共工程業務占廣運總營收約2至3成，目前整體公共工程在手訂單金額逾50億元，能見度已達2025年。 茫茫的訊息海中，讓鉅亨網記者、編譯團隊，幫讀者們解讀新聞事件背後的意涵，並率先點出產業與總經趨勢，為投資人提供最深入獨到的觀點，協助做出更精準的投資決策。 而在 碳化矽半導體 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。 不同於其他陶瓷材料比如氧化鋁和碳化硼，碳化矽可用於製造複合裝甲（英語：Composite armour）（比如喬巴姆裝甲（英語：Chobham armour））和防彈背心中的陶瓷板。 Α-碳化矽(α-SiC)是這些多型體中最為常見的，它是在大於1700°C的溫度下形成的，具有類似纖鋅礦的六方晶體結構。
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碳化矽半導體: 台灣 IC 業創新分工策略
資策會MIC指出，雖然2022年全球半導體延續2021年成長動能，但由於需求反轉與通膨、戰爭等因素影響，消費市場買氣不佳，成長不如預期。 展望2023年，由於外部環境因素尚未消除、消費市場買氣持續低迷、拉貨力道疲軟，供應鏈業者均庫存水位過高；預測全球市場規模6,086億美元，僅成長0.5%。 MIC產業分析師楊可歆指出，庫存去化與記憶體產能過剩將延續至2023上半年，影響2023年半導體市場表現(如圖1所示)。 但目前全球碳化矽製造加工技術仍未成熟，不僅長晶（生長碳化矽單晶）技術門檻高，生產高品質的基板（如同提供單晶體生長的地基）和磊晶（在基板上形成結晶薄膜）的製造難度高，從切割、薄化、研磨、拋光等加工技術難度也高，技術仍待精進。 碳化矽俗稱金剛砂，具備低阻抗、高頻率、高導電性、高導熱性等特性，非常適合製造大功率汽車電子元件，尤其是電動車的電源設計，例如主機逆變器（又稱牽引逆變器）、車載充電器和 DC/DC 轉換器。
意法半導體選擇與大陸龍頭企業三安光電合作，主要是看好 2022 年中國新能源汽車銷量，幾乎翻倍達 690 萬輛，連續八年居世界首位，因此，對以汽車為主業務的意法半導體來說，是非常重要的商機。 從擴產動態來看，英飛凌的 6 吋廠產能部分，目前藉由在馬里西亞的居林 (Kulim) 與奧地利的拉菲赫 (Villcah) 的產線進行擴產，預計到 2027 年產能將提高到當前的 10 倍以上，其 8 吋廠的生產計畫也正在測試的階段。 根據研究單位的報告顯示，基於第三類半導體各項特性優勢，未來 5 年內在每兩部車輛當中，將會有一部是搭載第三類半導體的電動車。 這情況也將使得第三類半導體在電動車市場中，於 2027 年到 2030 年間用量超過矽基半導體。
不僅安森美，另一間功率半導體大廠英飛凌（Infineon）則是與日本晶圓製造商昭和電工簽訂供應契約（兩年合約），供應包括磊晶在內的各種 SiC 材料，英飛凌可藉此獲得更多基材，以滿足對 SiC 型產品日益漸增的需求。 台灣矽晶圓龍頭環球晶、車用二極體一哥朋程、漢磊、嘉晶等，是國內積極布局第三代半導體的指標廠。 法人憂心，若未來愈來愈多電動車廠也大砍碳化矽用量，相關台廠難逃壓力。 碳化矽等第三代半導體是近年市場追捧的新世代半導體材料，業界原認為是產業下個明日之星，特斯拉用量銳減，震撼市場，擔心將顛覆產業，牽動環球晶（6488）、朋程、漢磊、嘉晶等後市。 2018年特斯拉在Model 3中首次將IGBT模組換成了碳化矽模組的案例數據也顯示，在相同功率等級下，碳化矽模組封裝尺寸明顯小於矽模塊，且開關損耗降低了75%，系統效率可以提高5%左右。
