據(jù)日經(jīng)報道，源自東北大學的初創(chuàng)企業(yè)C&A與東北大學教授吉川彰的研發(fā)團隊開發(fā)出一種技術(shù)，能以此前100分之1的成本制造有助于節(jié)能的新一代功率半導體的原材料「氧化鎵」。新技術(shù)不需要昂貴的設備，成品率也將提高。計劃在2年內(nèi)制造出實用化所需的大尺寸結(jié)晶。

　　研發(fā)團隊開發(fā)出了通過直接加熱原料來制造氧化鎵結(jié)晶的設備，制造出了最大約5厘米的結(jié)晶。將原料裝入用水冷卻的銅質(zhì)容器，利用頻率達到此前約100倍的電磁波，使原料熔化。

　　傳統(tǒng)方法是加熱使用貴金屬銥制造的容器，熔化其中的材料，制造結(jié)晶。要制造直徑約15厘米的實用性結(jié)晶，僅容器就需要3000萬～5000萬日元，還存在結(jié)晶的質(zhì)量不夠穩(wěn)定等課題。

　　據(jù)稱由于不需要昂貴的容器等原因，利用新方法能以目前約100分之1的成本制造氧化鎵結(jié)晶。力爭在2年內(nèi)制造出直徑15厘米以上的結(jié)晶。

　　現(xiàn)在的功率半導體主要把硅用于基板，但課題是會産生電力損耗。氧化鎵與碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等一起，作為新一代材料受到期待。據(jù)稱氧化鎵的電力損耗在理論上僅為硅的約3400分之1、碳化硅的約10分之1。

　　如果純電動汽車（EV）的馬達驅(qū)動用電源采用氧化鎵制的功率半導體，就算電池容量相同，也能行駛更遠距離。C&A和東北大學的團隊將利用新方法降低此前成為瓶頸的生産成本，推動實用化。

　　功率半導體預測，氧化鎵前景可期

　　2021年6月，富士經(jīng)濟對SiC（碳化硅）、Si（硅）功率半導體等下一代功率半導體的全球市場進行了調(diào)查。功率半導體市場預計到 2030 年將達到 40471 億日元，而 2020 年為 28043 億日元。

　　該調(diào)查針對使用SiC、GaN（氮化鎵）、Ga 2 O 3（氧化鎵）和 Si 功率半導體（例如 MOSFET 和 IGBT）的下一代功率半導體。我們還調(diào)查了與功率半導體相關(guān)的組件和制造設備市場。調(diào)查時間為2020年11月至2021年2月。

　　2020年，Si功率半導體將占功率半導體市場的大部分，達27529億日元。Si功率半導體在中國市場擴大，但在其他地區(qū)，汽車和工業(yè)設備的銷售額下降，與2019年相比下降了4.0%。從 2021 年開始，汽車和 5G（第 5 代移動通信）相關(guān)產(chǎn)品的需求有望增加，預計 2030 年將達到 37,981 億日元。

　　預計到 2030 年，下一代功率半導體市場將達到 2490 億日元，而 2020 年為 514 億日元。雖然市場規(guī)模仍然較小，但預計2021年后年增長率仍將接近20%。

　　Fuji Keizai將SiC 功率半導體、GaN 功率半導體和 Ga 2 O 3 功率半導體列為未來功率半導體市場感興趣的產(chǎn)品。

　　SiC 功率半導體用于 SiC-SBD（肖特基勢壘二極管）、SiC-FET 和 SiC 功率模塊。盡管 2020 年受到新型冠狀病毒感染的影響，但由于對信息和通信設備和太陽能發(fā)電的強勁需求，市場規(guī)模同比增長 9.6% 至 493 億日元。未來，汽車、鐵路車輛、能源設備、工業(yè)設備等的采用將增加，預計到2030年將達到1859億日元。

　　GaN 功率半導體市場預計到 2030 年為 166 億日元，而 2020 年為 22 億日元。數(shù)據(jù)中心和5G基站投資將繼續(xù)增加，信息通信設備領(lǐng)域有望保持堅挺。預計在2022年后安裝在xEV等汽車上。

　　Ga 2 O 3 功率半導體的市場仍然很小，但預計到2021年開始量產(chǎn)時市場將達到2億日元。與SiC功率半導體和GaN功率半導體相比，具有高耐壓、低損耗等特點，可以降低成本。首先，它將用于消費設備和其他耐壓為600V的應用，預計2025年后將安裝在汽車上。2030年市場規(guī)模預計為465億日元。

　　此外，預計到 2030 年功率半導體相關(guān)組件市場為 3752 億日元，而 2020 年為 2068 億日元。2030年制造設備市場預計為3144億日元，2020年為1449億日元。中國和臺灣市場計劃大力資本投資，預計2021年后需求將主要在亞洲增長。

　　第三代半導體高速成長GaN功率元件今年產(chǎn)值可望大增9成

　　研調(diào)機構(gòu)TrendForce調(diào)查指出，受惠車用、工業(yè)與通訊需求挹注，今年第三代半導體成長動能可望高速回升，又以GaN功率元件成長力道最明顯，預估其今年市場規(guī)模將達6100萬美元，年增幅高達90.6%。

　　2018 至2020 年，第三代半導體產(chǎn)業(yè)陸續(xù)受到中美貿(mào)易摩擦、疫情等影響，整體市場成長動力不足。不過，TrendForce 預期，首先，疫苗問世后疫情有所趨緩，將帶動工業(yè)能源轉(zhuǎn)換所需零組件如逆變器、變頻器等，及通訊基地臺需求回穩(wěn)；其次，隨著特斯拉Model 3 電動車逆變器逐漸改采SiC 元件制程后，第三代半導體于車用市場逐漸備受重視。

　　第三，中國政府為提升半導體自主化，今年提出十四五計畫，投入巨額人民幣擴大產(chǎn)能，三大因素都將成為推升今年GaN及SiC等第三代半導體高速成長的動能。

　　觀察各類第三代半導體元件，GaN元件目前雖有部分晶圓制造代工廠如臺積電、世界先進等，嘗試導入8吋晶圓生產(chǎn)，但目前主力仍以6吋為主。

　　TrendForce預估，因疫情趨緩，所帶動的5G基地臺射頻前端、手機充電器及車用能源傳輸?shù)刃枨笾鸩教嵘?，預期今年GaN通訊及功率元件營收分別達6.8億和6100萬美元，年增30.8%及90.6%。

　　其中，GaN 功率元件成長主要動能來自手機品牌如小米、OPPO、Vivo 率先推出快充，筆電廠商也有意跟進。TrendForce 預期，GaN 元件將持續(xù)滲透至手機與筆電配件，且年增率將在2022 年達到最高峰，后續(xù)隨著廠商采用逐漸普及，成長動能將略為趨緩。

　　SiC元件部分，由于通訊及功率領(lǐng)域皆需使用該基板，6吋晶圓供應吃緊，預估今年SiC元件于功率領(lǐng)域營收可達6.8億美元，年增32%。目前各大基板商如CREE、II-VI、意法半導體等已陸續(xù)開展8吋基板研制計畫，但仍有待2022年后，才有望逐漸紓緩供給困境。

　　延伸閱讀：日本量產(chǎn)「氧化鎵」4吋晶圓全球首創(chuàng)

　　根據(jù)《日本經(jīng)濟新聞》日前報導，日本新創(chuàng)公司Novel Crystal Technology, Inc. 在同（16） 日宣布，該公司領(lǐng)先全球、成功完成了新一代半導體材料「氧化鎵」（ Ga 2 O 3 ） 的4 吋（100mm） 晶圓量產(chǎn)。

　　氧化鎵的發(fā)展?jié)摿V受電子業(yè)界看好、被視為是新一代的半導體材料。而氧化鎵作為新一代的半導體材料、業(yè)界也期待能在電動車領(lǐng)域獲得廣泛應用。

　　氧化鎵作為新一代電力控制用功率半導體（Power Semiconductors），除了比起以往的電子元件更有效率，在晶圓價格方面也比SiC 等要更為低廉。

　　依照Novel Crystal 目前的規(guī)劃，他們估計氧化鎵的晶圓在2021 年內(nèi)就能開始供應。由于客戶們可利用現(xiàn)有的4 吋晶圓設備來進行新一代產(chǎn)品的生產(chǎn)，過去投資的老舊設備也可以進行有效利用。

　　日本從事電子零組件制造、有向Novel Crystal進行投資的田村制作所（Tamura Corporation）的股價也在16日出現(xiàn)漲停。當天股價收在每股701日圓、較上個交易日上漲16.64%或100日圓。

　　Novel Crystal 原本是田村制作所的一部分，在2015 年經(jīng)過分拆之后、成為一家新創(chuàng)公司。

　　目前除了田村制作所有投資Novel Crystal 之外，亞洲最大的平板玻璃制造廠商日本AGC等也都有出資。