第三代半导体

Gan（氮化镓）和SiC（碳化矽）是两种宽带隙电晶体，被称为第三代半导体。 由于它们具有更好的物理和化学效能、高功率、耐高温、高崩溃电压、高电流密度和高频，可以大大减少晶体面积，简化周边电路设计。 第三代半导体的禁带比传统半导体材料矽（SI）的禁频宽得多。 能隙决定了半导体的塌陷电场，也就是它能承受的电压。 带隙越宽，资料越能承受高电压和高电流。 第三代半导体是5g、电动汽车、大功率应用（如快速充电）、雷达等重要的关键部件。

第三代半导体
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第一代半导体材料为矽（SI），矽的带隙宽度约为1.17eV； 第二代资料是砷化镓（GaAs），它是当今大多数通信设备的资料； 第三代资料是指带隙宽度为2.3ev及以上的半导体材料。 SiC的禁带宽度为3.26eV，Gan的禁带宽度为3.5eV，因此它已成为功率或射频器件的新材料。

SiC和Gan在晶体生长、外延、器件设计和制造方面都面临著巨大的挑战，这也是第三代电晶体尚未普及的原因。

SiC由Si和C两种元素组成。要合成SiC晶体，需要2600摄氏度的高温，这比矽（Si）单晶的生产温度高出1000多摄氏度。 SiC单晶的种子需要一块高品质的晶片。 通过加热和升华，Si和C蒸汽附著在SiC晶片上端，SiC晶体柱生长。 碳化矽比矽硬。 后续晶圆的切割、研磨和抛光既耗时又费力。 上部SiC晶片粘附在石墨加热器上，因此晶体柱不能生长得很厚很长，因此晶体柱比Si短得多。

Gan比SiC更复杂。 Gan没有自己的衬底，必须连接到外部衬底上。 国外最常用的衬底是蓝宝石、碳化矽和矽。 蓝宝石衬底上外延生长Gan是普通蓝色或白色LED的标准工艺； 如果生长在SiC衬底上，则是5g基站PA微波功率放大器的实践； 如果它生长在矽衬底上，它就是一个功率元件。 然而，Gan外延不容易在Si衬底上成功生长，因为它们的晶格常数相差17%，热膨胀系数相差大于50%。应用终端继续朝著高压大电流的方向发展。 由于矽有其天赐的极限，它还吸引制造商投资于GaN和SiC领域，以抓住新一代半导体元件的商机。

第三代半导体（包括 SiC 基板）产业链依序为基板、磊晶、设计、制造、封装，不论在材料、IC 设计及制造技术上，仍由国际 IDM 厂主导，代工生存空间小，目前台湾供应商主要集中在上游材料（基板、磊晶）与晶圆代工。

从科技角度来看，Si上的Gan和SiC上的Gan有不同的问题需要解决。 除了工艺困难和成本高之外，资料端的衬底和外延科技也很困难，因此无法大量生产。 在Gan-on-Si工艺中，为了在矽衬底上外延生长Gan，必须克服晶格失配的问题。

对于SiC、SiC衬底上Gan的关键资料，其制造技术更为复杂和困难，需要长晶、切割和研磨。 SiC单晶棒的生产比Si单晶棒的生产难度更大，所需时间更长。 Si Long crystal可以在大约3天内生产出200釐米高的水晶棒，但SiC需要7天才能生长出2到5釐米高的水晶球。 此外，碳化矽资料又硬又脆，因此更难切割和研磨。

现时，SiC基板主要由Cree、II-VI、英飞凌、STM、Rohm、三菱、富士电力等国际制造商主导，主要为6英寸或8英寸晶片； 台湾的工厂主要是4英寸晶圆，6英寸晶圆科技尚未大规模生产。

此外，大多数碳化矽基板原材料依赖国外进口，但许多国家将碳化矽资料视为战略资源。 台湾工厂获得碳化矽资料相对困难，原材料价格也较高； 与可用于汽车市场和快速充电的SiC和Gan-on-Si相比，Gan-on-SiC的应用方向还不够明确，因此需要一段时间才能完全投入开发。

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第三代半导体是甚么？有甚么杀手级功用？为甚么是兵家必争的市场?