【产业概观】第三代半导体为电动车的关键，概念股一次看

来源:钜亨网发布时间:2023-07-142460浏览

新闻上经常提及三星、台积电在先进制程工艺上的差距，包含 GAA、FinFET、GAA、Nanosheet 等技术，到底半导体是什么？第三代半导体又有甚么样的优势？本篇就带大家来认识，一起来看看吧！

一、半导体是什么？介于导电、不导电间的的材料

半导体是材料的总称，指的是制造晶片的原材料，因其介于导电和不导电之间，利用施加电压的方式来控制电子流通或不导通（即 1 或 0）因此称作「半导体」，又可分为主动元件与被动元件，主动元件泛指可以控制电子导通与不导通，通常也可以用再放大电压或者电流，而被动元件则是无法控制导不导通，单纯仅让电子通过。

主要的材料即为透过沙子提炼出来的纯矽，并且透过许多化学制程形成所谓的「矽晶棒」，最后再将圆柱状的晶棒进行切片，就形成了「矽晶圆」，这也就是积体电路的基板，透过在基板上参杂不同的半导体，就能制作出不同半导体元件，来控制电子与电洞的移动，元件最小的单位即称「电晶体」，电晶体上的闸极长度代表半导体制程的的进步程度，称「闸极线宽」，就是新闻上经常提及的奈米工艺。

最初电晶体主要是平面式的，称平面电晶体 (Planar FET)，然而在 20 奈米后因为体积的缩小，闸极越来越窄，电子们容易偷跑造成漏电，为了解决这个问题。

鳍式场效电晶体 (Fin FET) 因此问世，主要是将半导体由平面转为立体 3D 增加接触面积，好让闸极更好的从 3 个面控制电子流通，这项技术是由前台积电技术长胡正明等五位教授所发明。

去年三星率先于 3 奈米导入 GAA 的技术，一度被市场认为将弯道超车台积电，而当今台积电也宣布将于 2 奈米导入新一代 Nanosheet 技术。

GAA 与 Nanosheet 两者架构其实是相似的，皆由原来 3 个面控制电子变成 4 个面，可以想像成接触面积增加，就可以更好控制电子防止漏电，在工艺相近的情况下，良率将会是影响台积电与三星的获利关键。

二、半导体材料差异影响终端应用，第三代半导体为电动车的关键

半导体材料会根据参杂的物质不同而有着不同的特性，因此有着第一代、第二代、第三代半导体的差别，最被广为使用的即为矽，原因是矽容易取得，除此以外也会使用锗等元素。

这类由单一元素组成的半导体，也称作「第一代半导体」、「元素半导体」，由两种或以上的元素所组成的半导体，即称「化合物半导体」，其中又可以分为第二代、第三代半导体。

这边也要提醒大家，不是越新的代数就表示上一代就会被淘汰，而是根据物理特性的不同，产生不同的应用场景。

由上方图片可以得知，各类的半导体皆有其适合的场景，比如说砷化镓多应用在射频元件，其中又以手机应用相对大宗，故在消费性电子需求疲软时，相关的概念股就受到影响，而在 Type-C 供应链议题中，我们提及充电效率的提升主要就是因为氮化镓的特性即为耐高温、同时可以高频运作，因此目前产品应用多在快速充电与电源管理等民生消费需求中使用，碳化矽则是因为其耐高温高压的特性，故适合用在逆变器，不但带动电源供应与工业应用的趋势，更为电动车的关键零组件，使得多国将其视为战略物资。

基板长晶技术难度高，多国将其视为战略物资

矽晶圆的制造主要是晶提炼、溶解、提纯、蒸馏形成晶棒，在经过切片与抛光后形成晶圆。当中晶体长成晶棒的过程称作长晶，比如说 SiC 长出 SiC 晶棒、矽晶体长出矽晶棒。

磊晶：在晶圆上长出新结晶形成半导体层的技术，磊晶完的晶圆再交给晶圆代工厂去制造晶片。

然而 SiC 基板长晶技术难度相当高，比方说当矽晶棒仅需 3 天就可以长出 200 公分高的晶棒，但 SiC 基板 7 天仅长出 2~5 公分。技术难度高也代表生产成本提升，且没有基板，就无法磊晶生产 SiC 晶片。使得 SiC 基板当前被视为战略物资，要大量取得并不容易。

当前长晶技术主要也掌握在大厂手中，如 Cree(现为 Wolfspeed)、罗姆等国外大厂，台厂相较落后。不过在 SiC 磊晶与晶圆代工与一般半导体制程差异不大，故台厂若能掌握长晶技术，就等于最重要的关键技术。

三、第三代半导体台厂供应链