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SPOTLIGHT
封面故事
第三代半導體—— 碳化矽材料製程與分析
劉全璞、李奕錩，作者依序為成功大學材料科學及工程學系教授、博士生
碳化矽 (silicon carbide，SiC) 功率電子是加速電動車時代到來的主要動能。以 SiC MOSFET 取代目前的 Si IGBT，不僅能使電力移轉時的能源損耗降低 80% 以上，同時也可讓晶片模組尺寸微縮至原本的 1/10，達 到延長電動車續航里程及縮短充電時間的功效。根據 Yole Développement 預估，2025 年電動車與充電樁 應用的 SiC 市場規模將達到 17.78 億美元，約佔總體 SiC 市場的 70%。
但目前全球SiC晶圓總年產量 僅約在40~60萬片，遠不足產業鏈 下游基板的需求數量。生產SiC基 板最困難的地方在於長晶技術，現 有製程不僅複雜且晶體生長緩慢， 大量製造難度極高，使得SiC元件 成本非常昂貴，其中基板部份就已 佔了晶片總成本的50%。
璞教授撰文，全面性介紹目前SiC晶 圓製造方法及其挑戰，希望能與讀 者分享此一關鍵原物料的產業技術 發展概況。
(圖1)，SiC具有優異的崩潰電壓 (breakdown field)，且本質載體濃 度(intrinsic carrier concentration) 遠低於矽，在高壓的操作環境下 依舊保持穩定性，不易產生漏電 流，適合應用於高功率轉換器 (power converter)等功率元件上; 此外，SiC擁有高於矽2~3倍的熱 導性(thermal conductivity)，更 能將零件所產生的熱有效地帶出 系統，適用於承載氮化鎵(gallium nitride，GaN)，以GaN on SiC的方 式作為高頻或射頻元件。SiC儼然 成為新應用的理想選擇，各國也
面對全球車用SiC功率元件市 場的龐大商機，近期許多知名SiC 晶片製造商相繼透過收購或與晶圓 供應商策略合作等方式，藉以擴大 產能來獲取穩定的晶圓供應。閎康 科技邀請半導體材料領域專家劉全
半導體工業中大部分使用的 材料為矽，然而隨著高壓高頻的 電子零件應用領域出現，如5G新 世代通訊、智慧車用、高頻率功率 轉換器、綠能、航空，以及軍事科 技等，矽的性能已無法應付，必須 仰賴具有高能隙特性的SiC。
www.eettaiwan.com | 2022年7月
第三代半導體SiC特性與應用
根據新世代半導體特性分析