凭借成熟制程及成本较低的优势,第一代硅质半导体芯片已成为人们生活中不可或缺的重要器件。然而,硅质半导体受制于无法在高温、高频以及高电压等环境中使用的材料限制,让化合物半导体逐渐崭露头角。
衬底与外延质量成决定化合物半导体器件特性关键
化合物半导体主要指砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC) 等第二、第三代半导体,相比第一代单质半导体,在高频性能、高温性能方面较优。
全球知名研究咨询公司集邦咨询旗下拓墣产业研究院指出,现行化合物半导体的供应链关系,主要透过衬底厂商提供适当的晶圆,并由外延厂进行所需之反应层材料成长,随后再透过 IDM 厂或各自独立的代工厂进行加工,最终再由终端产品商加工统整后贩卖至消费者手中。
考虑到化合物半导体衬底在生长过程中产生部分缺陷,所以制作器件前需透过如 MOCVD、MBE 等外延程序,再次成长所需的反应层,借此降低并满足器件性能表现;在衬底方面,目前化合物半导体主要以 6 吋衬底为主,并试图满足 GaAs、 SiC、GaN on Si / SiC 等各类器件生产之需求。
由于化合物半导体属二元以上结构,在衬底及外延的制备上,相较于传统硅材料困难,因此,如何有效控制衬底与外延质量,是决定化合物半导体器件的特性关键。
新冠疫情席卷全球,化合物半导体应用受波击
化合物半导体并不是近年的产物,不过,直到近期化合物半导体才真正开始普及和兴起,尤其近年中国开始大规模投资,亦使得产业渐趋繁荣。然而,受到中美贸易摩擦及突如其来的新冠肺炎疫情影响,化合物半导体产业的应用也受到波及。
拓墣产业研究院指出,基于砷化镓或氮化镓的射频器件受到不小震荡。其中,砷化镓技术相较成熟,但由于市场仍以手机射频为主,以致受到影响较大,预估 2020 年营收将小幅下跌。而氮化镓器件仍处于开发阶段,目前主要应用于基站射频技术,预计 2020 年营收则呈现小幅增长。
功率器件方面,虽然受大环境影响,但其已是化合物半导体的发展重点,成长动能依旧显著。碳化硅材料因衬底生产难度大,功率器件成长幅度受限,后续有待衬底技术持续精进;氮化镓功率器件技术发展则相对成熟,虽大环境不佳导致成长放缓,但向上幅度仍明显。
中国厂商与国际大厂技术差距将逐渐缩小
虽然受到中美贸易摩擦和疫情影响拖累全球半导体产业发展,但化合物半导体凭借自身材料特性和新兴应用需求,各家 IDM 厂相继推出相关措施应对。科沃(Qorvo)、意法半导体、安森美以及中国三安光电和英诺赛科等厂商都纷纷通过新品、并购或新建生产线等方式积极参与市场竞争,以扩大影响力。
拓墣产业研究院分析,目前来看,在化合物半导体领域,中国厂商虽然和国际厂商相比仍有技术差距,但随着中国国家大基金的支持以及厂商的不断布局,技术差距将不断缩小。当前唯有真实掌握市场需求,厂商才有机会在竞争中当中成长及获利。