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智慧城市| 第三代半導體方興未艾 港參與佈局分一杯羹

SiC
Model 3是首部採用SiC元件的電動車,逆變器系統效率提昇了5%,一輛400公里續航的電動車,可延長至420公里,令SiC半導體在電動車行業炙手可熱。

[新科技速遞] [智慧城市]

上周tesla投資者大會宣佈,減少使用第三代半導體碳化矽(SiC)用量將減75%,導致多家晶片廠股價應聲下挫。

電動車的電池是直流電,電機卻用交流電。交流電電流方向可隨時間做週期性變化。直流電電機最大問題,則要通過換向器改變線圈電流,才可確保線圈持續轉動,交流電機結構簡單可靠,還能適應更高轉速,電動車幾乎全用交流電機。

利用交流電機,電動車要靠逆變器(Inverter)將直流電變回交流,SiC半導體元件正好提高逆變器效率;Tesla的Model 3是首部採用SiC元件的電動車,系統效率從82%提昇至90%。

Tesla工程總監Colin Campbell公佈減少SiC半導體用量,導致意法半導體、Wolfspeed、ON Semiconductor、英飛凌等股價一度下跌。專家指,Tesla減少用量全因為技術成熟,並非指SiC沒前途。事實上,取代SiC的氧化鎵(Ga2 O3),仍處於起步階段。

SiC
中國第一家SiC外延晶片廠商廣東天域半導體正申請上市,估值已達130億元人民幣。天域的投資者包括了比亞迪和華為。逆變器除了用於電動車,也用於光伏發電系統,華為是全球逆變器最大供應商之一。

香港研究新半導體

創科及工業局長孫東發表《創新科技發展藍圖》,亦特別提及發展第三代半導體晶片;他指出香港跟新加坡和南韓等亞洲國家,均在同一出發點競爭。目前,SiC晶片仍是歐美廠商天下,亞洲正急起直追。

半導體根據材料發展,可按時序分為三代。不過不互相替代,各具特殊功能和應用,不過以第三代半導體增長最迅速,其他半導體市場甚至出現過剩。

第一代半導體是鍺(Ge)和矽(Si)。第二代則是砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)等化合物,主要用於發光及通訊。第三代則包括碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)化合物甚至鑽石,具高「禁帶寬度」(Ev)性能應用在「功率半導體」﹙Power semiconductor﹚」和射頻元件等。

莊子雄
莊子雄認為,香港有條件發展第三代半導體,而且中小企具備靈活性和機動性,以快打慢加速產品推出市場,有利發展微電子行業。

SiC可推動電動車

GaN已大量應用在充電器,幾乎成行成市;SiC則耐壓和耐熱性能好,可用於大功率器件。SiC可縮小元件體積又更節能,有助延長電動車續航,更是香港應科院( ASTRI)的重點項目,包括了設計、工藝整合、晶圓製造和測試SiC半導體,去年公佈了可應用於電動車的SiC電源模塊。

本港有發展能源產品的工業,精確企業從事太陽能發電、能源儲能發電系統、汽車及休閒旅行車電子及電力系統,創辦人莊子雄熟悉功率半導體和新能源市場,他亦擔任工總常務副主席,一直推動第三代半導體發展。他指,本港發展第三代半導體有助下游產業競爭力。

「發展新電子產品往往須新一代晶片,香港沒晶圓製造,測試產品要外出到鄰近國家,推高成本,產品無法及早推出,失去市場先機。」半導體是電子產品利潤最高環節,第三代半導體製程沒有上一半精密,香港具備發展的條件,不可錯失良機。

第四代如箭在弦

中國亦發展第四代半導體技術,其中最突出是氧化鎵(Ga2 O3)研究,Ga2 O3基板製作相較於SiC與GaN更容易,又同樣具超寬禁帶特性,能承受更高電壓的崩潰電壓和臨界電場,超高功率元件應用亦極具潛力。中國科技部已將Ga2 O3列入「十四五重點研發計畫」,相信本港微電子亦會展開Ga2 O3開發工作。

Ga2 O3在微電子與光電子都有應用前景,礙熔點高、易在高溫分解以及裂開,大尺寸Ga2 O3單晶製備極為困難。較早前,中國電科46所宣佈製備國內首顆6英寸氧化鎵單晶,內地亦開展Ga2 O3研究。去年底中國科技大學龍世兵團隊有兩篇Ga2 O3研究論文入選IEEE的IEDM大會,以往Ga2 O3只用於光電領域,2012年轉向發展功率半導體,製備過程較SiC更有成本優勢,亦可應用在電力調節和配電系統的高壓整流器、電動車和太陽能系統,長遠可望與SiC競爭。

據悉科技園公司位於元朗「微電子中心」(MEC),支持第三代半導體微電子產品的開發和試產,去年Ga2 O3研究已納入「十四五重點研發計畫」,亦有可能成為MEC吸納的科研項目。

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