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化合物半導體
化合物半導體材料中,碳化矽(Silicon Carbide, SiC)兼具寬能隙(Wide Band Gap, WBG)、高崩潰電壓(Breakdown Voltage)、高導熱率(Thermal Conductivity)、高度電絕緣性與高功率密度(Power Density)等幾個關鍵特性,在大量生產第一個可用的元件是肖特基二極體(Schottky Diode),之後是J型場效電晶體(Junction Gate Field-Effect Transistor, J-FET)及高速切換的功率金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET),後續又有雙極性接面型電晶體(Bipolar Junction Transistor, BJT),俗稱三極體及晶體閘流管(Thyristor),簡稱閘流體,統稱功率二極體與功率電晶體。在電子元件應用中具有快速切換、耐高溫及耐高電壓的功能,在高頻與高功率電子元件及模組構裝的製程中也具有較理想的熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion, CTE),是高頻、高功率以及高散熱需求應用的理想選擇。
技術研發措施
近年來,隨著全球對於減少碳排放的重視,電動車(Electric Vehicle, EV)市場快速成長。基於國際化合物半導體發展趨勢與我國矽基半導體產業優勢及缺口,經濟部產業技術司推動科技專案聚焦於電動車等關鍵需求,對應動力系統的小型化、高效率與符合高電壓電池系統之需求,開發耐壓1,700伏特(V) SiC元件等相關技術,兼顧高耐壓與低損耗,並進行元件與系統的車用關鍵應用驗證。
在化合物半導體材料開發技術上,其中冷板(Cold Plate)為一種高功率電子之主流散熱元件,以直接液體冷卻方式將高功率電子所產生之熱能,藉由冷卻液體透過熱交換將熱能帶走。冷板主要應用於高功率電子、資料中心、風力發電和電動車等散熱領域,藉由冷板材料開發技術將有助於我國熱管理產業在新領域之應用發展,提升產業在國際市場之競爭力。
隨著全球加強對減少碳排放的關注,電動車市場迅速擴展。面對此趨勢,我國結合國際化合物半導體發展及在矽基半導體領域的優勢,科技專案計畫已朝向電動車動力系統的關鍵技術開發,包括針對800 V以上高電壓電池系統的小型化與高效能策略。目前,正在研發耐壓達1,700 V(伏特)的SiC元件,以實現高耐壓與低損耗的特性,並進行車用的關鍵元件與系統驗證,其目的強化國際競爭力並加速電動車技術創新與應用。
隨著功率元件模組廣泛應用於各種電子產品,從小型電子設備到電動汽車與可再生能源系統,半導體產業逐漸由矽半導體朝向化合物半導體發展。為提升電力轉換效率,對於功率元件模組中封裝材料的特性需求也更為嚴苛,除了提供元件或模組足夠保護外,更需同時具備高耐熱、高絕緣、高導熱及高可靠性等特性的封裝材料整體解決方案,能使模組維持最佳的效能,有助於我國在功率元件/模組封裝領域之應用發展,提升產業國際競爭力。
電動車、AI、5G高頻行動通訊等應用的崛起,驅動SiC基板需求量增加,隨著8吋長晶技術愈趨成熟,更快速、更有效減少晶錠耗損的大尺寸基板生產技術成為國際大廠競逐焦點。因此科技專案投入8吋SiC晶錠切割設備開發,以切得好、切得快的連續式基板生產系統結盟設備端及使用端,協助產業鏈切入國際一級供應體系。