浅谈第三代半导体材料：碳化矽

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第三代半导体材料-碳化矽是目前高科技领域最热门的话题，在 5G、电动车、再生能源、工业 4.0 发展中扮演不可或缺的角色，即使常听到这些消息，相信许多人对它仍一知半解，好比第三代半导体到底是什么？

第三代半导体又称化合物半导体主要以碳化矽(Sic)与氮化镓(GaN)为代表
虽说称为第三代半导体，但与第一代第二代半导体并不冲突，第一代应用于中央处理器及消费IC、第二代多应用于手机通讯晶片、第三代则用在5G、电动车及卫星通讯。

今天的主角-碳化矽
化学式SiC，俗称金刚砂，为矽与碳相键结而成的陶瓷状化合物, 碳化矽在大自然中以莫桑石这种矿物的形式存在，但因为十分稀少目前大多为人工合成，碳化矽从最开始的磨料与切割用具使用直到现今发展为功率电子元件,拥有许多特殊之处;Si和C以1对1比例结合之IV-IV群化合物半导体以Si和C之原子对作为单位层的最紧密填充构造，有各种晶型存在。

结合力极强　⇒　热量上、化学上、机械上皆安定
机械安定性：摩斯硬度（9.3）足以与钻石（10）匹敌
化学安定性：对几乎所有酸、碱呈惰性
更具有耐高温以及高压的特性，在高压、大电流产品拥有极佳的表现。

因此目前市场普遍看好电动车市场的应用，包括充电桩、电动车逆变器、DC/DC转换器等，另还有储能系统和工业设施。
从高电压和散热功能看，第三代半导体碳化矽元件效能比氮化镓元件更好，
碳化矽元件快速充电与可靠度更佳也具优势。

电动车、5G 对于功率元件需求高，带动第三代半导体发展。
功率元件，是电子装置的电能转换与电路控制的核心;主要用途包括变频，整流，变压，功率放大，功率控制等，并同时可具有节能的功效，因此功率元件广泛应用于移动通讯，消费电子，新能源交通等众多领域。碳化矽模组目前主要是电动车大厂特斯拉（Tesla）带动采用，导入逆变器和车载充电器应用，不过他家电动车厂采碳化矽模组时间最快也要到 2023 年。由于电动车用绝缘栅双极电晶体模组和碳化矽模组产线基本上可共用，因此台湾厂商除了布局电动车用绝缘栅双极电晶体模组，也同步开发碳化矽模组。

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根据工研院产业科技国际策略发展所估计，2020 年全球化合物半导体产值大于 1,000 亿美元，占整体半导体产值约 18.6%；到了 2025 年，全球化合物半导体产值将成长至1,780 亿美元.碳化矽市场预计在未来五年内的年成长率可达30%-40%!  从第三代半导体制程的角度上来看，高纯度的碳化矽粉料为长晶级碳化矽粉关键，制备良好的碳化矽粉末则须将碳化矽粉研磨至奈米等级。

NT奈米陶瓷研磨机腔体示意图

NT陶瓷奈米研磨机专门针对难研磨与需要足够研磨能量的材料设计, 具有独特的研磨涡轮系统、有效地提高研磨效率、降低功率消耗和不必要的发热量,腔体内部接触材料部件为全陶瓷结构,筒体更为碳化矽材质, 除了硬度高耐磨耗外,相较其他筒体材质更大大减少了磨耗污染碳化矽粉的机率, 也使纯度有一定保证.机台提供各种细项与客制化服务,研磨程序采产线式设计大幅降低生产成本与时间.

结语：
台湾在半导体产业相当强势，从原本基础上延伸至第三代半导体材料，客户和通路重叠性高，也有许多单位在做化合物半导体以及研究关键设备的开发，加快脚步让整个产业链完整化，将会对未来十分有利。

参考来源：
碳化矽发展长晶为关键，台厂需加快脚步 https://technews.tw/2021/09/24/silicon-carbide-taiwan/
第3代半导体全球掀投资热！专家：得碳化矽基板者将得天下
https://www.bnext.com.tw/article/64631/sic-gan
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https://www.inside.com.tw/article/23441-ev-popular