製程技術陸續突破 寬能隙半導體市場進入加速期

化合物半導體的新市場、新應用、新趨勢。台灣電子設備協會

集高耐壓電場、高飽和電子速度、高散熱係數等特點於一身的寬能隙半導體，近年在各產業大廠的致力投入下，陸續克服多種技術挑戰，市場已開始加速發展。台灣電子設備協會日前在台北南港展覽館舉辦「化合物半導體國際論壇」中，就邀請多位產業專家，針對此議題發表精采演說。

羅姆半導體技術中心副總經理陳宗鼎在演講中指出，GaN在電源供應器的應用大有可為，但提升開關頻率會帶來EMI問題。他以功率因數校正（PFC）電路為例指出，GaN的高速開關特性雖然可顯著降低功率損耗，卻也加劇EMI問題。在Totem-pole PFC電路中，主要有三大EMI問題：AC零交越點造成的共模干擾、快速開關產生的高dv/dt干擾，以及漏極對地寄生電容造成的共模電流。建議可從布局佈線、元件選型、驅動電路、隔離耦合等多方面進行優化設計，他強調，GaN在PFC的應用，需在實際設計中多方測試，以克服EMI問題。

馬來西亞自動化設備製造商Pentamaster（檳傑科達）營運長尤進德則針對SiC晶圓老化的測試問題，發表專業觀點。他提到SiC製程測試會遇到多種挑戰。對此Pentamaster推出Trooper系列解決方案，此方案具備完全自動化特色，且可承受200°C高溫。系統配備2合1探針卡，無需更換即可進行多種測試，並可即時監控漏電流和閘極源漏電流，精確度達5nA，且每顆晶粒都有獨立保護電路。Pentamaster近期與專注前端製程設備的易發精機合作，提供SiC客戶全製程測試方案，雙方並互補客戶服務資源，可協助客戶提升SiC產品可靠性與競爭力。

電動車充電樁是SiC的重點應用，碳矽電子創辦人李坤彥在演講中指出，SiC應用於DC-DC轉換器、驅動逆變器和車載快充電源時，可讓逆變器輕量化，並大幅提升效率提高到99%。近年電動車電池容量快速增加，因此亟需提高充電速度，目前三級充電標準中，只有三級快充可在40分鐘內完成，一級和二級分別需要40小時和10小時，未來若要在10分鐘內充飽，至少需要500kW功率，SiC元件耐壓可達1200V以上，在500A下可輕鬆實現500kW快充，將充電時間縮短到10分鐘內，他預計2025年後，大多數電動車將採用800V SiC系統。

科希倫（Coherent）是垂直整合的化合物半導體公司，目前已透過多次購併掌握了InP、GaAs、GaN等技術，聚焦於工業雷射、航太國防、光通訊等核心市場，並布局車用感測、矽光子、碳化矽等成長領域。該公司業務經理林育廷表示，在光通訊上，科希倫是光元件和模組的領導廠商，旗下的1.6T的高速解決方案，可滿足AI時代的傳輸需求，目前已投資擴充6吋InP晶圓產線，滿足高功率連續波雷射二極體的市場需求。碳化矽方面，科希倫計畫於2025年實現8吋晶圓量產，矽光子部分，則將進一步強化InP製程能力及開發異質磊晶技術能力。

GaN與SiC同為寬能矽半導體重點技術，英飛凌資深經理魏致祺在演講中提到，這兩種元件在650V等級應用中各有所長。在比較開關特性時，需綜合考量導通電阻、電容、反向恢復電荷和閘極電荷等參數，其中GaN開關速度是SiC MOSFET的8倍，但缺乏短路耐受能力，較適合搭配電池使用的伺服器和車用電源。展望未來，隨著CPU功耗增加，對電源模組功率密度的要求將大幅提高，英飛凌推出的整合SiC和GaN方案可大幅提升功率密度與效率。他最後表示，英飛凌是全球電源半導體領導廠商，未來將持續投入SiC和GaN製程研發技術，協助客戶打造效率與可靠性俱佳的新世代電源解決方案。