第三代半导体是现在高科技领域最热门的话题，在5G、电动车、再生能源、工业4.0生长中饰演不行或缺的角色，纵然常听到这些新闻，信托许多人对它仍一知半解，那么第三代半导体到底是什么？对此，本系列专题将用最浅易易懂、最全方位的角度，带你相识这个足以影响科技工业未来的关jian手艺。
第三代半导体、宽带隙是什么？
讲到第三代半导体，首先简朴先容一下第一、二代半导体。在半导体质料领域中，第一代半导体是「硅」（Si），第二代半导体是「砷化镓」（GaAs），第三代半导体（又称「宽带隙半导体」，WBG）则是「碳化硅」（SiC）和「氮化镓」（GaN）。
宽带隙半导体中的「带隙」（Energy gap），若是用最白话的方式说明，代表着「一个能量的差距」，意即让一个半导体「从绝缘到导电所需的最低能量」。
第一、二代半导体的硅与砷化镓属于低带隙质料，数值划分为1.12 eV(电子伏特)和1.43 eV，第三代（宽带隙）半导体的带隙，SiC和GaN划分到达3.2eV、3.4eV，因此当遇到高温、高压、高电流时，跟一、二代比起来，第三代半导体不会容易从绝缘酿成导电，特征更稳固，能源转换也更好。
一ban人常有的第三代半导体迷思
随着5G、电动车时代来临，科技产物对于高频、高速运算、高速充电的需求上升，硅与砷化镓的温度、频率、功率已达极限，难以提升电量和速率；一旦操作温度凌驾100度时，前两代产物更容易故障，因此无法应用在更严苛的情形；再加上全球开shi重视碳排放问题，因此高能效、低能耗的第三代半导体成为时代下的新宠儿。
第三代半导体在高频状态下仍可以维持优异的效能和稳固度，同时拥有开关速率快、尺寸小、散热迅速等特征，当芯片面积大幅镌汰后，有助于简化周边电路设计，进而镌汰模组及冷却系统的体积。
许多人以为，第三代半导体与先进制程一样，是从第一、二代半导体的手艺累积而来，着实不尽然。从图中来看，这三代半导体着实是平行状态，各自生长手艺。
SiC 和 GaN 各具优势、生长领域差异
相识到前三代半导体差异后，我们接着聚焦于第三代半导体的质料——SiC和GaN，这两种质料的应用领域略有差异，现在GaN组件常用于电压900V以下之领域，例如充电器、基站、5G通讯相关等高频产物；SiC则是电压大于1200 V，好比电动车相关应用。
SiC 是由硅（Si）与碳（C）组成，结协力强，在热量上、化学上、机械上都稳固，由于低消耗、高功率的特征，SiC 适合高压、大电流的应用chang景，例如电动车、电动车充电基础设施、太阳能及离岸风电等绿色能源发电装备。
另外，SiC 本shen是「同质磊晶」手艺，以是品质好、组件可靠度佳，这也是电动车选择使用它的主因，加上又是垂直元件，因此功率密度高。
现今电动车的电池动力系统主要是200V-450V，更高端的车款将朝向800V生长，这将是SiC的主力市chang。不外，SiC 晶圆制造难度高，对于长晶的源头晶种要求高，不易取得，加上长晶手艺难题，因此现在仍无法顺遂量产，后面会多加详述。
GaN 为横向组件，生长在差异基板上，例如 SiC 或 Si 基板，为「异质磊晶」手艺，生产出来的 GaN 薄膜品质较差，虽然现在能应用在快充等民生消耗领域，但用于电动车或工业上则有些疑虑，同时也是厂商极欲突破的偏向。
GaN 应用领域则包罗高压功率器件（Power）、高射频组件（RF），Power 常做为电源转换器、整流器，而寻常使用的蓝牙、Wi-Fi、GPS 定位则是 RF 射频元件的应用规模之一。
若以基板手艺来看，GaN 基板生产成本较高，因此GaN 组件皆以硅为基板，现在市chang上的GaN功率元件以GaN-on-Si（硅基氮化镓）以及GaN-on-SiC（碳化硅基氮化镓）两种晶圆举行制造。
一ban常听到的GaN制程手艺应用，例如上述的GaN RF射频器件及PowerGaN，都来自GaN-on-Si的基板手艺；至于GaN-on-SiC基板手艺，由于碳化硅基板（SiC）制造难题，手艺主要掌握在国际少数厂商手上，例如美国科锐（Cree）、II-VI及罗姆半导体（ROHM）。
▲ 射频组件、Power GaN 都来自 GaN-on-Si 手艺
磊晶手艺难题、关jianSiC基板由国际大厂主导
第三代半导体（包罗SiC基板）工业链依序为基板、磊晶、设计、制造、封装，岂论在质料、IC设计及制造手艺上，仍由国际IDM厂主导，代工生涯空间小，现在台湾地域的供货商主要集中在上游质料（基板、磊晶）与晶圆代工。
▲ 第三代半导体的晶圆制程
从手艺层面来看，GaN-on-Si和GaN-on-SiC有差异问题待解决，除了制程难题、成本高昂外，光是质料端的基板、磊晶手艺难度就高，因此未能放量生产。GaN-on-Si制程要将氮化镓磊晶长在硅基材上，有晶格不匹配的问题须战胜。
至于GaN-on-SiC的关jian质料SiC基板，制程更是繁杂、难题，历程需要长晶、切割、研磨。生产SiC的单晶晶棒比Si晶棒难题，时间也更久，Si长晶约3天就能制出高度200公分的晶棒，但SiC需要7天才气长出2到5公分的晶球，加上SiC材质硬又脆，切割、研灾祸度更高。
现在SiC基板主要由Cree、II-VI、英飞凌（Infineon）、意法半导体（STM）、ROHM、三菱电机（Mitsubishi）、富士电机（Fuji Electric）等国际大厂主导，以6吋或8寸晶圆为主；台厂则以4寸为主，6吋晶圆手艺尚未规模化生产。
许多国家将SiC质料视为战略性资源，代工厂要取得相对难题，质料价钱也高；相较于SiC、GaN-on-Si可用于车用市chang和快充，GaN-on-SiC应用偏向不够明确，因此全力投入开发仍需要一段时间。
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