崛起中的国内第三类半导体产业

不久前我请教台湾一位长期投入碳化矽（SiC）元件开发的教授，我问他，你使用过不同厂商的基板，哪一家的表现最好？

因为碳化矽基板占其制作好晶圆成本的一半以上，而且又是技术难度最高的部分。他莞尔地对我说，要说实话吗？他的结论是国内的表现最好，而且价格最具有竞争力，台湾生产的及美国的次之，美国厂商因为是IDM，最好的基板大都留给自家用。

几个月前有2则新闻吸引我的注意，一则是德国英飞凌（Infineon）与国内的山东天岳、北京的天科合达，签订碳化矽基板长期采购合约，现阶段供应6寸晶圆，而未来将是8寸。2家公司是目前国内碳化矽基板的主要供应商。

另一则新闻是欧洲的意法半导体（STM）与厦门的三安光电，计划在重庆建1座8寸碳化硅片厂，剑指国内蓬勃发展中的电动车产业。三安也规划自建1座8寸碳化矽基板的生产基地。

英飞凌与意法，占碳化矽元件及模块全球市场50%以上比例，而意法更是率先在2018年供应Tesla Model 3碳化矽元件，此举正式引爆碳化矽风潮。

目前全球碳化矽基板的需求量每年约50万片，以6寸为主流，七成以上由美国的2家厂商所供应。国内市占率大概10%，但是随着产能逐渐开出，以及国内在电动车的强劲需求，预估国内碳化矽基板的全球市占率，很快会超越5成。

现在碳化矽产业目光的焦点在于8寸晶圆开发，传统6寸以下的成长单晶柱（ingot）的方法，是使用蒸气的昇华法，将6寸的seed wafer置于上端，利用高温炉内材料的蒸气附着于上端晶圆的表面，而得以成长晶柱。

此方法最大缺点，乃晶柱成长速度慢且晶柱长不厚，若运用此法在成长8寸的基板，将更形捉襟见肘。

上述国内的2家供应商已开始使用新的液态成长法，来成长碳化矽8寸晶柱。此法较接近一般硅片的晶柱成长，在上端可以使用较小尺寸的seed wafer来成长8寸的晶柱，由于不需要到气态，成长的温度也可以较低，同时速率较快，晶柱也可以厚些。

但是液态成长法需处理液态材料与固态晶柱的界面，在温度梯度的控制要非常精准，这恐怕不是一般商用炉子能做到的。因此推论国内供应商已经具有自建精确温度控制炉子的能力，事实上一家产能够规模的碳化矽基板厂商，是需要上千台的高温长晶炉，因此自建高温炉是必要的选项，这方面国内的供应商是做到了。

我们再来谈另一个第三类半导体氮化镓（GaN）。不久前的一则新闻，美国一家氮化镓元件主要供应商EPC，向美国联邦法院及国际贸易委员会（ITC），控告国内的英诺赛科侵害其在氮化镓元件的专利。

事实上英诺赛科从2023年第1季开始，其在氮化镓元件的营收已经跃居全球首位，其在珠海及苏州各有1座8寸氮化镓专属的晶圆厂，以及超过20部有机金属化学气相沉淀设备（MOCVD）成长氮化镓的磊芯片。目前月产能为1.5万片，占了全球总产能一半以上，预计在2025年英诺赛科产能要扩充到每月7万片，以此推估需要70部MOCVD机台。

英诺赛科有别于其他主要氮化镓供应商，其商业模式是IDM，在成本上相对是有优势。相同的元件规格，比其他供应商的价格低30～50%。

氮化镓元件在2年前，因为65W的手机快充电源插头热门一时，如今市场比较低迷。但是近来在人工智能（AI）服务器所需的直流电源转换，对于中低压氮化镓的需求正在崛起，这部分需要操作在较高的切换频率，及更大的输出电流，正符合到氮化镓的物理特性。

如果氮化镓的价格有机会降到略高于矽基功率元件，毫无疑问氮化镓的需求是会起飞的。

在第三类半导体研发上国内也是不遗余力地投入。以大学为例，几所着名的大学，如北京清华、浙江大学、西安交大、成都电子科大，甚至南京航天，都成立关于第三类半导体的研究群，训练出众多的硕博士生投入相关的产业。每年IEEE功率半导体最主要的会议ISPSD，国内的高校在第三类半导体的议题上，贡献一半以上的论文。

国内第三类半导体厂商的确接受政府为数不少补助，才得以建立今天的产业规模。从已公布的财报而论，山东天岳及天科合达本业都是亏损的，英诺赛科离损益两平是更遥远。在此情境下，各家仍卯足全力来扩产，似乎是不理性的行为。但是综观国内过往在太阳能、LED甚至锂离子电池，在市场还在萌芽之际，便积极地投入产能，只要这个产业的成长性是可被预期的，假以时日，国内拥有这产业的半壁江山，就具有充分话语权。

台湾该如何自处呢？

在此态势下。多年前个人就说明了，第三类半导体产业需要供应链的垂直整合，而在台湾却缺乏政策上有效的支持，现在再来谈，为时有点晚。我们只有期望在全球两大阵营的僵持下，我们想办法能左右逢源，但这可以维持多久呢？