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【材料/设备】化合物半导体的两个关键【附PPT】

来源:拓墣产业研究院    原作者:TC    

凭借成熟制程及成本较低的优势,第一代硅质半导体芯片已成为了人们生活中不可或缺的重要器件。不过,硅质半导体由于材料本身限制,无法在高温、高频以及高电压等环境中使用,这让化合物半导体逐渐崭露头角。

在此背景下,集邦咨询TrendForce于4月24日隆重举办第三场线上讲坛——《需求在呼唤,化合物半导体风云再起》,集邦咨询分析师王尊民围绕化合物半导体产业的发展历程、产业现状以及中外竞争格局做了详细的分析。

两个关键

化合物半导体主要指砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC) 等第二、第三代半导体,相比第一代单质半导体,在高频性能、高温性能方面优异很多。

砷化镓:具有高频、抗辐射、耐高温的特性,大规模应用于无线通讯领域,目前已经成为PA和Switch的主流材料;

氮化镓:主要被应用于通讯基站、功率器件等领域,功放效率高、功率密度大,因而能节省大量电能,同时减少基站体积和质量;

碳化硅:主要用于大功率高频功率器件,如汽车、工业用途等。

化合物半导体应用领域,Source:集邦咨询TrendForce

根据王尊民介绍,现行化合物半导体的供应链关系,主要透过衬底商提供适当的晶圆,并由外延厂进行所需之反应层材料成长,随后再透过IDM厂或各自独立的代工厂(设计、制造及封测)进行加工,最终再由终端产品商加工统整后贩卖至消费者手中。

化合物半导体供应链展示,Source:集邦咨询TrendForce

考虑到化合物半导体衬底在生长过程中产生部分缺陷(Defect),所以制作器件前需透过外延程序(如MOCVD、MBE等),再次成长所需的反应层,借此降低并满足器件性能表现。

化合物半导体外延成长方式,Source:集邦咨询TrendForce

而衬底方面,目前化合物半导体主要以6寸衬底为主,并试图满足GaAs、 SiC、GaN on Si / SiC等各类器件生产之需求。

化合物半导体衬底选择,Source:集邦咨询TrendForce

然而,由于化合物半导体属于二元以上的结构,在衬底及外延的制备上,相较于传统硅材料困难许多。所以王尊民表示,如何有效控制衬底与外延质量,是决定化合物半导体器件的特性关键。

疫情风云

事实上,化合物半导体并不是最近几年才有的产物,其发展历史甚至可以追溯到上个世纪四五十年代。不过,直到本世纪,化合物半导体才真正开始普及和兴起,尤其是最近几年中国开始大规模投资化合物半导体,产业渐趋繁荣。

化合物半导体发展历程,Source:集邦咨询TrendForce

然而,由于受到中美贸易摩擦及突如其来的新冠肺炎疫情影响,化合物半导体产业的应用也受到波及。

具体来看,王尊民认为,基于砷化镓或是氮化镓的射频器件受到不小震荡。其中,砷化镓技术相较其他成熟,但由于市场仍以手机射频为主,所以影响较大,预估2020年小幅下跌。而氮化镓器件仍处于开发阶段,目前主要应用于基站射频技术,预计2020年还将呈现小幅增长。

砷化镓&氮化镓RF市场预估,Source:集邦咨询TrendForce

而功率器件方面,虽然遭受大环境影响,但王尊民表示,由于功率器件已是化合物半导体的发展重点,其成长动能依旧显著。

其中,碳化硅材料由于衬底生产难度大,功率器件成长幅度稍有受限,后续有待衬底技术持续精进。不过,氮化镓功率器件的技术发展相对成熟,虽大环境不佳而成长放缓,但向上幅度仍为明显。

碳化硅&氮化镓功率器件市场预估,Source:集邦咨询TrendForce

中外竞逐

整体来看,虽然遭受中美贸易摩擦和疫情影响拖累了半导体发展进程,但化合物半导体凭借于本身的材料特性和新兴应用需求旺盛,各家化合物半导体IDM厂相继都推出了相关措施应对。

像科沃(Qorvo)、意法半导体、安森美以及国内的三安光电和英诺赛科等厂商都纷纷通过新品、并购或是新建生产线等方式积极参与市场竞争,扩大影响力。

例如,面对新冠肺炎疫情,近期Qorvo续推RF Fusion新一代产品,要求满足各类低、中、高阶5G手机发展,适度提供各项射频前端(如PA、Filter、Multiplexing、LNA等)等搭配组合,借此合乎薄型化、快速传输等目的。

而国内的英诺赛科则极布局氮化镓充电器市场,并且在珠海之后,预计将于2020年在苏州成第二条8寸GaN on Si器件生产线。

目前来看,在化合物半导体领域,中国厂商虽然和国际厂商相比仍有技术差距,但王尊民认为,随着国家大基金的大力支持以及相关厂商的不断布局,相信差距将不断缩小。当前唯有真实掌握市场需求,厂商才有机会在竞争中当中成长及获利。

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封面图片来源:拍信网