據(jù)日經(jīng)報(bào)道，源自東北大學(xué)的初創(chuàng)企業(yè)C&A與東北大學(xué)教授吉川彰的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種技術(shù)，能以此前100分之1的成本制造有助于節(jié)能的新一代功率半導(dǎo)體的原材料「氧化鎵」。新技術(shù)不需要昂貴的設(shè)備，成品率也將提高。計(jì)劃在2年內(nèi)制造出實(shí)用化所需的大尺寸結(jié)晶。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了通過(guò)直接加熱原料來(lái)制造氧化鎵結(jié)晶的設(shè)備，制造出了最大約5厘米的結(jié)晶。將原料裝入用水冷卻的銅質(zhì)容器，利用頻率達(dá)到此前約100倍的電磁波，使原料熔化。
傳統(tǒng)方法是加熱使用貴金屬銥制造的容器，熔化其中的材料，制造結(jié)晶。要制造直徑約15厘米的實(shí)用性結(jié)晶，僅容器就需要3000萬(wàn)～5000萬(wàn)日元，還存在結(jié)晶的質(zhì)量不夠穩(wěn)定等課題。
據(jù)稱由于不需要昂貴的容器等原因，利用新方法能以目前約100分之1的成本制造氧化鎵結(jié)晶。力爭(zhēng)在2年內(nèi)制造出直徑15厘米以上的結(jié)晶。
現(xiàn)在的功率半導(dǎo)體主要把硅用于基板，但課題是會(huì)産生電力損耗。氧化鎵與碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等一起，作為新一代材料受到期待。據(jù)稱氧化鎵的電力損耗在理論上僅為硅的約3400分之1、碳化硅的約10分之1。
如果純電動(dòng)汽車（EV）的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用電源采用氧化鎵制的功率半導(dǎo)體，就算電池容量相同，也能行駛更遠(yuǎn)距離。C&A和東北大學(xué)的團(tuán)隊(duì)將利用新方法降低此前成為瓶頸的生産成本，推動(dòng)實(shí)用化。
功率半導(dǎo)體預(yù)測(cè)，氧化鎵前景可期
2021年6月，富士經(jīng)濟(jì)對(duì)SiC（碳化硅）、Si（硅）功率半導(dǎo)體等下一代功率半導(dǎo)體的全球市場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)查。功率半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)計(jì)到 2030 年將達(dá)到 40471 億日元，而 2020 年為 28043 億日元。
該調(diào)查針對(duì)使用SiC、GaN（氮化鎵）、Ga 2 O 3（氧化鎵）和 Si 功率半導(dǎo)體（例如 MOSFET 和 IGBT）的下一代功率半導(dǎo)體。我們還調(diào)查了與功率半導(dǎo)體相關(guān)的組件和制造設(shè)備市場(chǎng)。調(diào)查時(shí)間為2020年11月至2021年2月。
2020年，Si功率半導(dǎo)體將占功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的大部分，達(dá)27529億日元。Si功率半導(dǎo)體在中國(guó)市場(chǎng)擴(kuò)大，但在其他地區(qū)，汽車和工業(yè)設(shè)備的銷售額下降，與2019年相比下降了4.0%。從 2021 年開始，汽車和 5G（第 5 代移動(dòng)通信）相關(guān)產(chǎn)品的需求有望增加，預(yù)計(jì) 2030 年將達(dá)到 37,981 億日元。
預(yù)計(jì)到 2030 年，下一代功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將達(dá)到 2490 億日元，而 2020 年為 514 億日元。雖然市場(chǎng)規(guī)模仍然較小，但預(yù)計(jì)2021年后年增長(zhǎng)率仍將接近20%。
Fuji Keizai將SiC 功率半導(dǎo)體、GaN 功率半導(dǎo)體和 Ga 2 O 3 功率半導(dǎo)體列為未來(lái)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)感興趣的產(chǎn)品。
SiC 功率半導(dǎo)體用于 SiC-SBD（肖特基勢(shì)壘二極管）、SiC-FET 和 SiC 功率模塊。盡管 2020 年受到新型冠狀病毒感染的影響，但由于對(duì)信息和通信設(shè)備和太陽(yáng)能發(fā)電的強(qiáng)勁需求，市場(chǎng)規(guī)模同比增長(zhǎng) 9.6% 至 493 億日元。未來(lái)，汽車、鐵路車輛、能源設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等的采用將增加，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到1859億日元。
GaN 功率半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)計(jì)到 2030 年為 166 億日元，而 2020 年為 22 億日元。數(shù)據(jù)中心和5G基站投資將繼續(xù)增加，信息通信設(shè)備領(lǐng)域有望保持堅(jiān)挺。預(yù)計(jì)在2022年后安裝在xEV等汽車上。
Ga 2 O 3 功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)仍然很小，但預(yù)計(jì)到2021年開始量產(chǎn)時(shí)市場(chǎng)將達(dá)到2億日元。與SiC功率半導(dǎo)體和GaN功率半導(dǎo)體相比，具有高耐壓、低損耗等特點(diǎn)，可以降低成本。首先，它將用于消費(fèi)設(shè)備和其他耐壓為600V的應(yīng)用，預(yù)計(jì)2025年后將安裝在汽車上。2030年市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為465億日元。
此外，預(yù)計(jì)到 2030 年功率半導(dǎo)體相關(guān)組件市場(chǎng)為 3752 億日元，而 2020 年為 2068 億日元。2030年制造設(shè)備市場(chǎng)預(yù)計(jì)為3144億日元，2020年為1449億日元。中國(guó)和臺(tái)灣市場(chǎng)計(jì)劃大力資本投資，預(yù)計(jì)2021年后需求將主要在亞洲增長(zhǎng)。
第三代半導(dǎo)體高速成長(zhǎng)GaN功率元件今年產(chǎn)值可望大增9成
研調(diào)機(jī)構(gòu)TrendForce調(diào)查指出，受惠車用、工業(yè)與通訊需求挹注，今年第三代半導(dǎo)體成長(zhǎng)動(dòng)能可望高速回升，又以GaN功率元件成長(zhǎng)力道最明顯，預(yù)估其今年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)6100萬(wàn)美元，年增幅高達(dá)90.6%。
2018 至2020 年，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)陸續(xù)受到中美貿(mào)易摩擦、疫情等影響，整體市場(chǎng)成長(zhǎng)動(dòng)力不足。不過(guò)，TrendForce 預(yù)期，首先，疫苗問(wèn)世后疫情有所趨緩，將帶動(dòng)工業(yè)能源轉(zhuǎn)換所需零組件如逆變器、變頻器等，及通訊基地臺(tái)需求回穩(wěn)；其次，隨著特斯拉Model 3 電動(dòng)車逆變器逐漸改采SiC 元件制程后，第三代半導(dǎo)體于車用市場(chǎng)逐漸備受重視。
第三，中國(guó)政府為提升半導(dǎo)體自主化，今年提出十四五計(jì)畫，投入巨額人民幣擴(kuò)大產(chǎn)能，三大因素都將成為推升今年GaN及SiC等第三代半導(dǎo)體高速成長(zhǎng)的動(dòng)能。
觀察各類第三代半導(dǎo)體元件，GaN元件目前雖有部分晶圓制造代工廠如臺(tái)積電、世界先進(jìn)等，嘗試導(dǎo)入8吋晶圓生產(chǎn)，但目前主力仍以6吋為主。
TrendForce預(yù)估，因疫情趨緩，所帶動(dòng)的5G基地臺(tái)射頻前端、手機(jī)充電器及車用能源傳輸?shù)刃枨笾鸩教嵘A(yù)期今年GaN通訊及功率元件營(yíng)收分別達(dá)6.8億和6100萬(wàn)美元，年增30.8%及90.6%。
其中，GaN 功率元件成長(zhǎng)主要?jiǎng)幽軄?lái)自手機(jī)品牌如小米、OPPO、Vivo 率先推出快充，筆電廠商也有意跟進(jìn)。TrendForce 預(yù)期，GaN 元件將持續(xù)滲透至手機(jī)與筆電配件，且年增率將在2022 年達(dá)到最高峰，后續(xù)隨著廠商采用逐漸普及，成長(zhǎng)動(dòng)能將略為趨緩。
SiC元件部分，由于通訊及功率領(lǐng)域皆需使用該基板，6吋晶圓供應(yīng)吃緊，預(yù)估今年SiC元件于功率領(lǐng)域營(yíng)收可達(dá)6.8億美元，年增32%。目前各大基板商如CREE、II-VI、意法半導(dǎo)體等已陸續(xù)開展8吋基板研制計(jì)畫，但仍有待2022年后，才有望逐漸紓緩供給困境。
延伸閱讀：日本量產(chǎn)「氧化鎵」4吋晶圓全球首創(chuàng)
根據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》日前報(bào)導(dǎo)，日本新創(chuàng)公司Novel Crystal Technology, Inc. 在同（16） 日宣布，該公司領(lǐng)先全球、成功完成了新一代半導(dǎo)體材料「氧化鎵」（ Ga 2 O 3 ） 的4 吋（100mm） 晶圓量產(chǎn)。
氧化鎵的發(fā)展?jié)摿V受電子業(yè)界看好、被視為是新一代的半導(dǎo)體材料。而氧化鎵作為新一代的半導(dǎo)體材料、業(yè)界也期待能在電動(dòng)車領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
氧化鎵作為新一代電力控制用功率半導(dǎo)體（Power Semiconductors），除了比起以往的電子元件更有效率，在晶圓價(jià)格方面也比SiC 等要更為低廉。
依照Novel Crystal 目前的規(guī)劃，他們估計(jì)氧化鎵的晶圓在2021 年內(nèi)就能開始供應(yīng)。由于客戶們可利用現(xiàn)有的4 吋晶圓設(shè)備來(lái)進(jìn)行新一代產(chǎn)品的生產(chǎn)，過(guò)去投資的老舊設(shè)備也可以進(jìn)行有效利用。
日本從事電子零組件制造、有向Novel Crystal進(jìn)行投資的田村制作所（Tamura Corporation）的股價(jià)也在16日出現(xiàn)漲停。當(dāng)天股價(jià)收在每股701日?qǐng)A、較上個(gè)交易日上漲16.64%或100日?qǐng)A。
Novel Crystal 原本是田村制作所的一部分，在2015 年經(jīng)過(guò)分拆之后、成為一家新創(chuàng)公司。
目前除了田村制作所有投資Novel Crystal 之外，亞洲最大的平板玻璃制造廠商日本AGC等也都有出資。
