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化合物半导体的两个关键【附PPT】
时间: 2023-12-06 来源:增碳剂

  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了我们正常的生活中不可或缺的重要器件。不过,硅质半导体由于材料本身限制,无法在高温、高频以及高电压等环境中使用,这让化合物半导体逐渐崭露头角。

  在此背景下,TrendForce集邦咨询于4月24日隆重举办第三场线上讲坛——《需求在呼唤,化合物半导体风云再起》,集邦咨询分析师王尊民围绕化合物半导体产业的发展历史、产业现状以及中外竞争格局做了详细的分析。

  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、高温性能方面优异很多。

  根据王尊民介绍,现行化合物半导体的供应链关系,主要透过衬底商提供适当的晶圆,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(设计、制造及封测)来加工,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(Defect),所以制作器件前需透过外延程序(如MOCVD、MBE等),再次成长所需的反应层,借此降低并满足器件性能表现。

  而衬底方面,目前化合物半导体主要以6寸衬底为主,并试图满足GaAs、 SiC、GaN on Si / SiC等各类器件生产之需求。

  然而,由于化合物半导体属于二元以上的结构,在衬底及外延的制备上,相较于传统硅材料困难许多。所以王尊民表示,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。

  事实上,化合物半导体并不是最近几年才有的产物,其发展历史还可以追溯到上个世纪四五十年代。不过,直到本世纪,化合物半导体才真正开始普及和兴起,尤其是最近几年中国开始大规模投资化合物半导体,产业渐趋繁荣。

  然而,由于受到中美贸易战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。

  具体开看,王尊民认为,基于砷化镓或是氮化镓的射频器件受到不小震荡。其中,砷化镓技术相较其他成熟,但由于市场仍以手机射频为主,所以影响较大,预估2020年小幅下跌。而氮化镓器件仍处于开发阶段,目前主要使用在于基站射频技术,预计2020年还将呈现小幅增长。

  而功率器件方面,虽然遭受大环境影响,但王尊民表示,由于功率器件已是化合物半导体的发展重点,其成长动能依旧显著。

  其中,碳化硅材料由于衬底生产难度大,功率器件成长幅度稍有受限,后续有待衬底技术持续精进。不过,氮化镓功率器件的技术发展相对成熟,虽大环境不佳而成长放缓,但向上幅度仍为明显。

  ▲碳化硅&氮化镓功率器件市场预估,Source:集邦咨询TrendForce

  整体来看,虽然遭受中美贸易战和疫情影响拖累了半导体发展进程,但化合物半导体凭借于本身的材料特性和新兴应用需求旺盛,各家化合物半导体IDM厂相继都推出了相关措施应对。

  像科沃(Qorvo)、意法半导体、安森美以及国内的三安光电和英诺赛科登厂商都纷纷通过新品、并购或是新建生产线等方式热情参加市场之间的竞争,扩大影响力。

  例如,面对新型冠状病毒肺炎疫情,近期Qorvo续推RF Fusion新一代产品,要求满足各类低、中、高阶5G手机发展,适度提供各项射频前端(如PA、Filter、Multiplexing、LNA等)等搭配组合,借此合乎薄型化、快速传输等目的。

  而国内的英诺赛科则极布局氮化镓充电器市场,并且在珠海之后,预计将于2020年在苏州成第二条8寸GaN on Si器件生产线。

  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,但王尊民认为,随国家大基金的全力支持和相关厂商的不断布局,相信差距将不断缩小。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。