[自主科技]
近年,第三代半導體開發的新材料器件,應用場景增加,投資漸趨活躍。本港發展微電子亦以第三代半導體為焦點。
半導體第一代材料是矽(Si),主要針對邏輯運算;第二代砷化鎵(GaAs),主要用於通信;第三代以氮化鎵 (GaN)與碳化矽(SiC)材料為代表性,可用功率半導體、光電、射頻以至軍事用途。
麻省光子技術宣布,在港設立首條超高真空第三代半導體GaN外延片中試線。本港積極發展微電子業,以第三半導體為焦點。政府亦成立香港微電子研發院,設立SiC和GaN兩條中試線,協助試產、測試和認證,促進產、學、研三方合作。
SiC與GaN都可用於開發功率半導體。SiC主要用於電動車、充電樁和再生能源。據研究公司Trendforce的數據,九成SiC市場由5家公司;包括意法半導體、英飛淩、Wolfspeed、安森美和羅姆包辦,其他廠商只佔一成市場。
麻省光子由廖翊韜博士創立,曾開發出GaN的光電子應用,包括紫外光發光二極體(UV LED),可用於滅菌、水純化、醫學裝置、熒光分析等,麻省光子曾與「信和創意研發室」合作開發「 MASSPHOTON UVC-LED空氣消毒器」,新冠期間用於消毒空氣。GaN是光電應用的重要分水嶺,開啟了LED時代。1992年,日本赤崎勇團隊開發出GaN薄膜,首次實現藍光LED,LED才進入彩色,2014年獲諾貝爾獎。1998年,美國Cree公司開發GaN高電子遷移率晶體,開始LED商用照明,大大降低照明成本。
從消費轉用至工業
近年,GaN為人熟悉可能始於充電器,將原本體積龐大的45W、65W、100W中大功率充電器,變得小巧玲瓏。
事實上,GaN在成本和高頻能力上佔優,但論耐電壓值卻不及SiC,限制了在汽車和工業上用途。近年,高電壓GaN不斷出現,更多功率器件有望轉用GaN,包括可生能源儲能逆變器和伺服系統變壓器等,減低數據中心能耗,與SiC展開競爭。去年,英飛淩收購了GaN System;今年初,瑞薩(Renesas)又收購Transpharm,兩家汽車業半導體大廠佈局GaN市場,最近中國致能科技宣佈其GaN外延,耐壓值突破1700 V,GaN的潛力嶄露頭角。
GaN在消費、汽車和工業帶動下增長迅速,中國的汽車和再生能源,更使用大量功率半導體,GaN又可製作飛行時間(ToF)器件和激光雷達(Lidar)等器件,投資氣氛一片火熱。
市場分散有利進佔
GaN外延片(GaN Epiwafers)屬於產業的上游,生產半導體原材料,利用藍寶石、矽、氮化矽和氮化鎵等襯底設計GaN外延,針對不同場景應用。近年GaN矽襯底技術改善,進一步降低了成本。
全球最大外延片廠商計有NTT AT、Wolfspeed、SCIOCS(住友)和EpiGaN(Soitec),市場較為分散。GaN外延亦以無晶圓方式經營,中國又是全球GaN消費大國,多家國家廠商投資在GaN外延設計上。
麻省光子技術宣佈在創新園首條超高真空量產型氮化鎵(GaN)外延片中試線,預計投資2億港元。中試線是小批量生產,例如生產樣本供用戶調試,反饋後調整設計,再送往晶圓廠生產。現時台積電是全球最大GaN晶圓廠。
新型工業化前哨
麻省光子技術港設立GaN外延工藝全球研發中心,有利推進香港的「新型工業化」。創新科技及工業局局長孫東教授表示:「第三代半導體是香港重點發展的科技領域,特區政府積極推進微電子產業發展。」
麻省光子技術行政總裁廖翊韜博士說:「作為首家駐港GaN外延技術公司,致力在港推動高階第三代半導體晶圓技術研發和量產,借助香港的國際化市場地位,參與全球半導體競爭,不僅為提升香港原創性科技研發水平和新質生產力,注入了強大動力,也為香港半導體製造產業鏈提供了最關鍵的上游晶圓量產技術支撐。」
廖翊韜GaN外延技術專家,GaN外延和深層紫外線LED裝置等,擁有逾40項專利,掌握第三代半導體核心工藝,計劃開發8吋GaN外延片工藝及設備平台,針對顯示設備、汽車和數據中心等市場。