2020-02-25 21:45經濟日報 先探投資週刊

因應5G、電動車時代來臨，對於高頻、高壓功率元件需求大增，帶動氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）等寬能隙半導體材料興起，日前全球晶圓代工龍頭台積電宣布與意法半導體合作開發GaN，瞄準未來電動車之應用。目前國際大廠包括英飛凌、Navitas、GaN Systems、Transphorm等均積極部署GaN，國內除了台積電之外，世界先進、嘉晶、漢磊、茂矽等也投入發展，相關商機備受期待。

在晶圓代工領域稱霸全球的台積電，罕見地在二月二十日發布新聞稿，宣布與國際功率半導體ＩＤＭ大廠意法半導體攜手合作開發氮化鎵（GaN）製程技術。這項舉動也象徵著台積電未來的發展，不在僅止於智慧型手機、ＡＩ、高速運算等領域，未來將藉由GaN技術加速布局車用電子與電動車應用；期待和意法半導體合作把GaN功率電子的應用帶進工業與汽車功率轉換。根據IHS Markit市場研究報告預測，GaN功率元件的市場增長快速，每年ＣＡＧＲ超過三○％ ，預計到二○二六年市場規模將超過十億美元。除５Ｇ通訊市場外，汽車和工業市場也是GaN功率元件的主要驅動力。
GaN在車電商機可期
長期以來，半導體材料都是由矽作為基材，不過，矽基半導體受限於矽的物理性質，且面對電路微型化的趨勢，不論是在製程或功能的匹配性上已屆臨極限，愈來愈難符合晶片尺寸縮減、電路功能複雜、散熱效率高等多元的性能要求；加上未來更多高頻率、高功率等相關電子應用，以及需要更省電、更低運行成本、並能整合更多功能性的半導體元件。因此，近年來所謂的寬能隙半導體材料─氮化鎵、碳化矽等新一代半導體材料應運而生。

GaN、SiC因導通電阻遠小於矽基材料，導通損失、切換損失降低，可帶來更高的能源轉換效率。

挾著高頻、高壓等優勢，加上導電性、散熱性佳，元件體積也較小，適合功率半導體應用。相較於矽基元件，GaN元件切換速度增快達十倍，同時可以在更高的最高溫度下運作，這些強大的材料本質特性讓GaN廣泛適用於具備一○○Ｖ與六五○Ｖ兩種電壓範疇持續成長的汽車、工業、電信、以及特定消費性電子應用產品。其實GaN最早是應用在ＬＥＤ領域，一九九三年時，日本日亞化學的中村修二成功以氮化鎵和氮化銦鎵，開發出具高亮度的藍光ＬＥＤ。

除了ＬＥＤ之外，GaN的射頻零組件具有高頻、高功率、較寬頻寬、低功耗、小尺寸的特點，能有效在５Ｇ世代中節省ＰＣＢ的空間，特別是手機內部空間上，且能達到良好的功耗控制。不過，GaN未來具有潛力的市場則是在車用電子與電動車領域，在汽車當中有三大應用是與電源相關的，即充電器、DC-DC轉換器和牽引逆變器。在這三大用途中，牽引逆變器是目前為止可以從GaN技術中受益最多的。因為使用GaN元件後，可以減輕汽車的重量，提高能效，讓電動車能夠行駛更遠距離，同時可以使用更小的電池和冷卻系統。

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半導體台積電電動車更多智慧型手機