随着资讯化时代的来临，不断加深影响现代社会的发展及演进，让生活更为便捷。其中，从物联网、自驾车、机器人、人工智慧、智慧医疗等领域，到未来在高频通讯、能源管理、高速运算等方面的实现，甚至是利用更多电子资讯的革新技术，来开发各种服务人类的功能，都离不开半导体的应用与结合。因此，半导体技术的突破成长，将是未来科技发展的关键。
根据工研院IEK Consulting估计，2025年全球半导体元件的市场规模将达1,200亿美元，主要应用项目如光学元件、行动通讯、基地台、伺服器用的CPU和GPU等。更值得关注的是，为因应未来持续开发或改善的电子产品，需要更好的半导体元件来满足其需求，其中半导体元件中所采用的新兴材料，更是提升元件及产品性能的核心要素。
目前主流半导体材料仍为以硅（Si）为基材的硅基半导体，面对电路微型化的趋势，其不论是在制程或功能的匹配性上已届临极限，愈来愈难符合芯片尺寸缩减、电路功能复杂、散热效率高等多元的性能要求；加上未来更多高频率、高功率等相关电子应用，以及需要更省电、更低运行成本、并能整合更多功能性的半导体元件。硅基半导体受限于硅的物理性质，而有不易突破的瓶颈。因此，目前欧、美、日等许多半导体厂都竞相投入开发化合物半导体（Compound Semiconductor）的材料、制程及应用，着眼于透过性能更优异的新材料，解决原先硅基半导体在高频、高功率等使用上不及的问题。
当前功率半导体的潜力材料，如氮化镓（GaN）与碳化硅（SiC），这类属于能隙（Energy band gap）高于3.0的「宽能隙」材料，不仅耐电场的能力较好，应用于高压元件时不易被电场击溃，且导电性及散热性佳，可降低能量耗损，并在介电常数较低之下，还可减少寄生电容，降低讯号延迟与耗电。因此，这些宽能隙的半导体材料更适合应用在功率元件（Power Device）上，利用其更高效率、高传导且耐热等优点，满足民生、工业、交通等方面的应用需求，克服更严苛的使用环境。根据市调与策略顾问公司Yole Developpement的研究显示，功率元件的全球产值将自2017年的104亿美元，成长至2023年的132亿美元，包括电动车、工业、消费性电子、运算及储存等，都是主要的应用方向，也显现不仅功率元件的市场将持续上升，宽能隙材料的需求也会连带增加。
宽能隙材料在性能上具备更多优势，相对也会影响半导体晶圆市场的发展。日本市调研究机构富士总研预估，2025年全球半导体晶圆产值将可突破174亿美元；其中采用氮化镓、碳化硅与氧化镓（Ga2O3）等三种材料的宽能隙晶圆，估计自2017至2025年间将分别以年复合成长率约21％至77％不等的速度成长，部分原有的硅晶圆应用有机会被取代。如90奈米以上的硅晶圆，现由6吋及8吋厂供应，提供物联网、车用、射频、及较高功率元件的应用，是宽能隙半导体晶圆有机会切入的利基市场。
以6至8吋晶圆为宽能隙半导体的目标市场，是因目前宽能隙材料的供应和制程使用仅在6吋晶圆以下（含6吋）较为稳定，也是国际半导体厂投入的阶段。加上化合物半导体实际的发展应用，除了电路设计有别于硅基半导体，仍需要更多研究测试与验证，同时在制程上能因应宽能隙材料的设备供应及制造方法也有待加强，相关专业技术人员及经验不足，均导致生产良率不高等问题，因此现今宽能隙半导体的生产成本相当高，以相同6吋晶圆相比较，初期的价格可比硅晶圆高出近百倍。因此，目前尚待开发的8吋宽能隙半导体晶圆，这是半导体产业的未来机会。
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2019-11-26
