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2023年11月9日 · 第三類半導體主要材料為碳化矽 （SiC）與 氮化鎵 （GaN）兩種，如果以市場來應用來看，又可分為高頻通訊元件及功率元件兩大類。 資策會MIC於第36屆MIC FORUM...
2021年9月22日 · 第三代半導體是目前高科技領域最熱門的話題，在 5G、電動車、再生能源、工業 4.0 發展中扮演不可或缺的角色，即使常聽到這些消息，相信許多人對它仍一知半解，好比第三代半導體到底是什麼？
2023年9月6日 · 上述都是以矽為基礎的功率元件，而後來新一代的寬能隙(Wide Band-gap)半導體材料、又稱為第三代半導體的 SiC (碳化矽) 和 GaN (氮化鎵)出現，由於能隙更大，這使它們具有耐高電壓、耐高溫、低電阻、低切換損失、適合高頻操作的優越特性，被看好一顆抵
- 為什麼需要用到第三代寬能隙半導體（Wide Band Gap，Wbg）？
- 什麼是能隙（Band Gap）?
- 有哪些更佳的寬能隙材料？
- 寬能隙材料運用在那些產品上？
- 寬能隙材料開發生產階段，需進行那些驗證分析？
由於近年地球暖化與碳排放衍生的環保問題日益嚴重，人類以節能、減碳、愛護地球為共同的首要發展方向，石化能源必須逐步減少並快速導入綠能節電的應用，因此在日常生活用品中也逐步以高能效、低能耗為目標。 舉例而言，聯合國在氣候變化大會巴黎協議中的目標──全球暖化幅度需保持在 2℃ 以內。以目前的經濟發展趨勢預估，即便 2050 年的升溫保持在 2℃ 內，CO2 排放量仍將提高 21%，且必須另外取得高達 50% 的電力因應各種人類活動。因此，大幅提升與改善現有的能源，已是大勢所趨。 半導體原料最大宗，主要以第一代的「矽（Si）」晶圓的生產製造為主。然而在現有以「矽（Si）」基礎的產品，因材料的物理特性已達極限，無法再提升電量、降低熱損、提升速度，因此需朝向其他更能發揮電子傳輸效率與低能耗的材料演進，而...
我們先來了解一下何謂「能隙 （Band Gap）」? 基本上要用量子物理的理論來簡單說明，在「能帶（Band）」的劃分主要為低能帶區的「價電能帶」 （Valence Band，VB），與高能帶區的「導電能帶 （Conduction Band，CB） 」兩種，在 VB 與 CB 之間即是一個所謂的能帶間隙（Band Gap，BG），簡稱「能隙」（圖一）。 ▲ 圖一、半導體能帶與能隙示意圖。（Source：宜特科技繪製） 金屬材料能夠導電，主要是因為電子都位於高能的 CB 區域內，電子可自由流動；而半導體材料在常溫下主要電子是位於低能的 VB 區域內無法流動，當受熱或是獲得足夠大於「能隙（BG）」的能量時，其 VB 內電子即可克服此能障，躍遷至 CB 而形成了導電特性。 因此在積體電路中的電晶體...
那麼有哪些更佳的寬能隙材料呢？如 Si 與 C 的化合物碳化矽（SiC），相關的材料能隙均可大於 3.0eV；另外，Ga 與 N 或 O 的化合物氮化鎵（GaN）或氧化鎵（Ga2O3）也分別高達 3.4eV 與 4.9eV，而鑽石（Diamond）更高達 5.4eV（表一）。 ▲ 表一、半導體材料的物性比較。（Source：宜特科技） 其中氮化鎵（GaN）或氧化鎵（Ga2O3），雖然分別在 LED 照明或是紫外光的濾光光源應用已經一段時間，但受限於這類半導體材料的特性在生產製作上挑戰性仍然是高的。 例如，要製作 SiC 的單晶晶棒，相較 Si 晶棒的生產困難且時間緩慢很多，以及 GaN 與 Si 晶圓的晶格不匹配易生成差排缺陷（dislocation defect）等問題必須克服，導致長久以...
不過，近年來的國際知名大廠意法半導體（ST Microelectronics）、英飛凌（Infineon）、羅姆（Rohm）等均有相當大的突破。如 GaN 在以 Si 或 SiC 為基板的產品已陸續發表，目前市售的快速充電器採用的即是 GaN on Si 材料製作的高功率（如 60 瓦以上）產品，其除了功率提升外，也因為溫度與熱效應可大幅降低，使得元件可大幅縮小，充電器體積也更加玲瓏小巧，未來這在行動裝置、筆電等快充電源的應用更是潛力無窮。 現行以矽基材料為主的高功率產品多以絕緣閘雙極電晶體（IGBT）或金氧半場效電晶體（MOSFET）為主，如圖二，可以看到各種功率元件和模組與相關材料應用的範圍，雖然在傳統 IGBT 高功率模組大約能應用至一百千瓦（100kW）以上，但速度卻無法提升至一百萬...
宜特觀察，晶圓代工廠與功率 IDM 廠商也都持續不斷地努力研究與開發。不過，新半導體材料，在初期開發中，總是會有許多需進行研發驗證的狀況，近年，宜特就協助多家 WBG 產業的開發與生產驗證。 比如磊晶製程相關的結構或缺陷分析，就可以藉由宜特科技的雙束聚焦離子束（Dual beam FIB）製備剖面樣品並進行尺寸量測或成分分析（EDS），亦可搭配穿透式電子顯微鏡（TEM）進行奈米級的缺陷觀察。 而相關擴散區域的分析可經由樣品研磨製備剖面後，進行掃描式電子顯微鏡（SEM）觀察以及掛載在原子力顯微鏡 （AFM）上的偵測模組-掃描式電容顯微鏡（SCM）判別摻雜區域的型態與尺寸量測，如圖三為 SiC 的元件分析擴散區摻雜的型態，先用 SEM 觀察井區（Well）的分布位置，再經由 SCM 判斷上層分別...
2021年6月17日 · 財訊. 第3代半導體是目前高科技領域最熱門的話題，不只中國想要這個技術，從歐洲、美國到台灣，所有人都在快速結盟，想在這個機會裡分一杯羹。 為什麼第三代半導體這麼火熱？ 它的應用與商機在哪裡？ 過去30年，台積電、聯電擅長製造的邏輯IC，基本上都是以矽做為材料。 但矽也有一些弱點，如果用門做比喻，用矽做的半導體，就像是用木頭做的木門，輕輕一拉就能打開（從絕緣變成導電）。 用第2代或第3代化合物半導體就像是鐵門，甚至金庫的大門，需要很大的力氣，要施加大的電壓，才能讓半導體材料打開大門，讓電子通過。 因此，要處理高電壓、高頻訊號，或是在訊號的轉換速度上，第3代半導體都優於傳統的矽。 目前，坊間所稱的第2代半導體，指的是砷化鎵、磷化銦這兩種半導體材料，「這是1980年代發展出來的技術。
2022年1月3日 · 以氮化鎵和碳化矽為主的第3類半導體材料的優勢是，比起第1類和第2類半導體材料，能夠承受更高功率、高頻率（如毫米波），而且擁有極佳的散熱性能，因此可在特殊應用領域大展身手，例如基地台、電動車、低軌衛星、太陽能源等。
2020年8月18日 · 第三代半導體材料被稱為「寬能隙半導體」（WBG），相對於以往的材料有著更寬的帶隙，帶隙越寬，越能耐高溫、高壓、高頻、高電流，能源轉換效率也較好，因此氮化鎵集合了散熱佳、體積小、能源耗損小、功率高四種優良特性。.
