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自主科技| GaN外延潛力無限 港微電子趕上快車

GaN
科技園公司與麻省光子技術今日舉行香港首條超高真空「第三代半導體氮化鎵(GaN)外延片中試線啟動禮」,香港科技園公司署理首席企業發展總監及創科生態業務發展總監柯志成(前左)、麻省光子技術首席營銷官趙春雷(前右)簽署合作,創新科技及工業局局長孫東(後右三)及副局長張曼莉 (後左二)與麻省光子行政總裁廖翊韜(後右二)等人出席。

[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。

GaN
市場研究機構Yole對於GaN功率元件市場模規預測;以汽車業來說,從2022年的6百萬增長到2028年的5億美元,消費市場更可達13億美元,還未計算GaN在光電和射頻市場的規模。

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。

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