碳化矽元件重要性漸增 台灣已進入六吋晶圓量產階段

碳化矽設備發展與應用布局論壇，邀請漢民科技、國立陽明交通大學與鴻海集團等專家，就不同角度，分享對碳化矽功率元件市場的看法。由左至右為財團法人金屬工業研究發展中心鄭永茂博士、漢民楊博斐處長、國立陽明交通大學崔秉鉞教授、鴻海集團半導體研究院蕭逸楷組長。台灣電子設備協會

碳化矽元件的重要性，在整個半導體產業中已不是同日可語，台灣產學界對於該領域的研究與實際投入也相當積極。根據TrendForce表示，目前車用SiC功率元件市場主要由歐美整合元件廠(IDM)大廠掌控，為穩固我國在全球半導體產業鏈的關鍵地位，經濟部推動「化合物半導體設備發展推動計畫」，由工業局指導、財團法人金屬工業研究發展中心(MIRDC)與台灣電子設備協會(TEEIA)主辦，9月16日在南港展覽館舉辦「碳化矽設備發展與應用布局」論壇，邀請漢民科技、國立陽明交通大學與鴻海集團以不同角度，分享對碳化矽功率元件市場的看法。

漢民科技碳化矽事業部處長楊博斐表示，漢民科技投入碳化矽其實已經有十年的時間，過去在檯面上也沒有太多正面的消息，那為什麼漢民開始談碳化矽？主要的原因在於漢民已經確定要在竹南建廠，碳化矽晶圓的量產技術已經就位。

他以BPD(basal plane defect，基晶面位錯缺陷)為例。在六吋方面，BPD數量一開始也約莫有1000至2000個不等，到2021年，在大家的努力之下，已經可以降低1000個以下。目前漢民科技已經確定在竹南廣源設廠，主要量產六吋碳化矽n-type晶圓，佔地約6000平方公尺，預計2024年碳化矽晶圓片最大產能可達6000片/月。

國立陽明交通大學電子研究所崔秉鉞教授探討主要國際大廠在碳化矽功率元件結構的發展狀況。他特別談到不同結構的碳化矽元件的異同，分別VMOSFET、VDMOSFET與UMOSFET等類別，其中UMOSFET最大的特色是電晶體閘極垂直地放進碳化矽中，好處是能將元件寬度大幅縮小一倍，單位面積上就能並聯很多個電晶體，單位面積的電流就可以增加。但這種作法，其技術難度亦大幅提升。

崔秉鉞教授分析，像是意法半導體所提供給Tesla的碳化矽功率元件與Wolfspeed就是採用VDMOSFET架構，ROHM則是UMOSFET結構，也就是業界所常聽到的溝槽式結構，而Infenion同樣也是採用UMOSFET結構，但由於Infineon的巧思，採取不對稱的設計，可以大幅降低寄生電容，以目前市場所看到的產品中，認為Infineon的性能最為優異。

不過，崔秉鉞教授話鋒一轉，也指出過去功率模組的設計是採取SBD(二極體)與MOSFET元件，兩者採取離散式設計的方式得以完成整個功率模組的設計，但Toshiba已經成功將兩種元件整合在單一晶片上，這應該也是目前市場唯一商品化的產品，主要是採用VDMOSFET，若採取與SBD整合的話，VDMOSFET是相對適合的，而且能省去不少系統面積，效率也能有所提升。

鴻海科技集團半導體研究所組長蕭逸楷則是電動車系統的角度出發，談及碳化矽元件在電動車所帶來的效益。他以功率系統22KW為例，單以系統效率來看，碳化矽元件與矽元件相較下，前者高出2%，一年就能省下32美元的成本，這主要來自節能減碳所帶來的效果所致。蕭逸楷談到，鴻海十分樂見如漢民這樣的領導廠商在技術上不斷推進，讓碳化矽元件品質提升的情況下，對於整體電動車產業的發展將能帶來實質上的幫助。