制程技术陆续突破 宽能隙半导体市场进入加速期

化合物半导体的新市场、新应用、新趋势。台湾电子设备协会

集高耐压电场、高饱和电子速度、高散热系数等特点于一身的宽能隙半导体，近年在各产业大厂的致力投入下，陆续克服多种技术挑战，市场已开始加速发展。台湾电子设备协会日前在台北南港展览馆举办「化合物半导体国际论坛」中，就邀请多位产业专家，针对此议题发表精采演说。

罗姆半导体技术中心副总经理陈宗鼎在演讲中指出，GaN在电源供应器的应用大有可为，但提升开关频率会带来EMI问题。他以功率因数校正（PFC）电路为例指出，GaN的高速开关特性虽然可显着降低功率损耗，却也加剧EMI问题。在Totem-pole PFC电路中，主要有三大EMI问题：AC零交越点造成的共模干扰、快速开关产生的高dv/dt干扰，以及漏极对地寄生电容造成的共模电流。建议可从布局布线、元件选型、驱动电路、隔离耦合等多方面进行优化设计，他强调，GaN在PFC的应用，需在实际设计中多方测试，以克服EMI问题。

马来西亚自动化设备制造商Pentamaster（槟杰科达）营运长尤进德则针对SiC晶圆老化的测试问题，发表专业观点。他提到SiC制程测试会遇到多种挑战。对此Pentamaster推出Trooper系列解决方案，此方案具备完全自动化特色，且可承受200°C高温。系统配备2合1探针卡，无需更换即可进行多种测试，并可实时监控漏电流和闸极源漏电流，精确度达5nA，且每颗晶粒都有独立保护电路。Pentamaster近期与专注前端制程设备的易发精机合作，提供SiC客户全制程测试方案，双方并互补客户服务资源，可协助客户提升SiC产品可靠性与竞争力。

电动车充电桩是SiC的重点应用，碳矽电子创始人李坤彦在演讲中指出，SiC应用于DC-DC转换器、驱动逆变器和车载快充电源时，可让逆变器轻量化，并大幅提升效率提高到99%。近年电动车电池容量快速增加，因此亟需提高充电速度，目前三级充电标准中，只有三级快充可在40分钟内完成，一级和二级分别需要40小时和10小时，未来若要在10分钟内充饱，至少需要500kW功率，SiC元件耐压可达1200V以上，在500A下可轻松实现500kW快充，将充电时间缩短到10分钟内，他预计2025年后，大多数电动车将采用800V SiC系统。

科希伦（Coherent）是垂直整合的化合物半导体公司，目前已透过多次购并掌握了InP、GaAs、GaN等技术，聚焦于工业雷射、航太国防、光通讯等核心市场，并布局车用传感、矽光子、碳化矽等成长领域。该公司业务经理林育廷表示，在光通讯上，科希伦是光元件和模块的领导厂商，旗下的1.6T的高速解决方案，可满足AI时代的传输需求，目前已投资扩充6寸InP晶圆产线，满足高功率连续波雷射二极管的市场需求。碳化矽方面，科希伦计划于2025年实现8寸晶圆量产，矽光子部分，则将进一步强化InP制程能力及开发异质磊晶技术能力。

GaN与SiC同为宽能矽半导体重点技术，英飞凌资深经理魏致祺在演讲中提到，这两种元件在650V等级应用中各有所长。在比较开关特性时，需综合考量导通电阻、电容、反向恢复电荷和闸极电荷等参数，其中GaN开关速度是SiC MOSFET的8倍，但缺乏短路耐受能力，较适合搭配电池使用的服务器和车用电源。展望未来，随着CPU功耗增加，对电源模块功率密度的要求将大幅提高，英飞凌推出的整合SiC和GaN方案可大幅提升功率密度与效率。他最后表示，英飞凌是全球电源半导体领导厂商，未来将持续投入SiC和GaN制程研发技术，协助客户打造效率与可靠性俱佳的新时代电源解决方案。