三类半导体材料各擅胜场 不会相互取代

从矽半导体到化合物半导体，氮化镓(GaN)和碳化矽(SiC)新一代半导体材料来势汹汹，开拓出高功率、高频率等全新应用，也让业界开始热烈讨论不同半导体材料之间的竞争，甚至是否可能相互取代？

稳懋半导体技术行销处资深协理黄智文在日前举行的D Webinar 2021新兴科技论坛中，以「化合物半导体的优势与应用发展」为题，介绍化合物半导体的技术特性与发展潜力。他认为，目前业界广泛使用「第三代半导体材料」来描述氮化镓(GaN)和碳化矽(SiC)，但可能会有误导之嫌，建议大家使用「第三类半导体」材料来指涉会更为合适。

目前半导体材料主要涵盖三类，第一类是大家所熟知的矽半导体，市面上多数消费性芯片都是靠它来实现，第二类则是砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)这类材料，具有速率快、低杂讯等特性，至于GaN和SiC则适合高电压应用，又有散热性佳的优势，特别适用于需要快速充电的自驾车、高频元件等领域。

究竟第三类半导体材料是否可能取代第一、二类材料？或者只由最成熟的矽材料来实现所有应用即可？黄智文分析，当前日常生活中的多数芯片，因为频率及功率不高，可由普遍的矽半导体来完成，凭藉其低功耗、高整合度及成本优势，已经广泛运用在数码逻辑电路类的中央处理器(CPU)、微控制器(MCU)、传感器等芯片中。

第二类半导体材料具有频率高、杂讯低等特性，目前最常应用在手机、卫星通讯、Wi-Fi等产品，在RF收发端扮演不可或缺的角色；第三类半导体材料则是以其高功率、高电压、散热佳等优点，可在基站、电动车、风力发电、高速铁路等应用发挥所长。

随着产业进入后5G时代之后，对于通讯规格的要求会更上一层楼，才能满足更多影音、数据的传输及更广泛的涵盖范围，类似这些高频、高功率的芯片需求，第二类及第三类的化合物半导体势将扮演更重要角色。

黄智文强调，单一半导体材料都无法涵盖所有应用，彼此有清楚的市场区隔，没有相互取代的问题，预期这三类半导体材料各拥特色，可在擅长领域持续发光发热。

目前化合物半导体已广泛应用于卫星通讯、光通讯、5G基站、手机芯片、RF收发端，但后续的潜力发展空间还很大。Elon Musk所创办的SpaceX这家公司，就打算广泛布建低轨道卫星，未来在地表上所有地方都能随时随地、自由自在地沟通，甚至在飞机上、船上也能透过卫星连结地面接收站，与想要联系的人或自驾车进行沟通。

另一方面，尽管6G标准还在非常早期的倡议阶段，但专家学者都有共识，希望6G在传输速率、连结密度、涵盖范围等指标都要有更显着进步，类似这样的高频、高功率的应用，都会高度仰赖化合物半导体。

除了大家所熟知的RF，化合物半导体在光的应用领域也很值得期待，像是移动支付所需的生物识别芯片、自驾车的激光雷达(LiDAR)的光源等，也都将大量采用化合物半导体。