據(jù)日經(jīng)報道，源自東北大學(xué)的初創(chuàng)企業(yè)C&A與東北大學(xué)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(dǎo)體的原材料「氧化鎵」,。新技術(shù)不需要昂貴的設(shè)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(shè)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(dǎo)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(dǎo)體，就算電池容量相同,，也能行駛更遠距離,。C&A和東北大學(xué)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(dǎo)體預(yù)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(dǎo)體等下一代功率半導(dǎo)體的全球市場進行了調(diào)查,。功率半導(dǎo)體市場預(yù)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(dǎo)體（例如 MOSFET 和 IGBT）的下一代功率半導(dǎo)體。我們還調(diào)查了與功率半導(dǎo)體相關(guān)的組件和制造設(shè)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(dǎo)體將占功率半導(dǎo)體市場的大部分,，達27529億日元,。Si功率半導(dǎo)體在中國市場擴大，但在其他地區(qū),，汽車和工業(yè)設(shè)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(yù)計 2030 年將達到 37,981 億日元。

　　預(yù)計到 2030 年,，下一代功率半導(dǎo)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(yù)計2021年后年增長率仍將接近20%,。

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

　　SiC 功率半導(dǎo)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(shè)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(shè)備,、工業(yè)設(shè)備等的采用將增加,，預(yù)計到2030年將達到1859億日元。

　　GaN 功率半導(dǎo)體市場預(yù)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(shè)備領(lǐng)域有望保持堅挺。預(yù)計在2022年后安裝在xEV等汽車上,。

　　Ga 2 O 3 功率半導(dǎo)體的市場仍然很小,，但預(yù)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(dǎo)體和GaN功率半導(dǎo)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(shè)備和其他耐壓為600V的應(yīng)用，預(yù)計2025年后將安裝在汽車上,。2030年市場規(guī)模預(yù)計為465億日元,。

　　此外，預(yù)計到 2030 年功率半導(dǎo)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(shè)備市場預(yù)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(yù)計2021年后需求將主要在亞洲增長。

　　第三代半導(dǎo)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(dǎo)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(yù)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(dǎo)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(yù)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(dǎo)體于車用市場逐漸備受重視。

　　第三,，中國政府為提升半導(dǎo)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(dǎo)體高速成長的動能,。

　　觀察各類第三代半導(dǎo)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(dǎo)入8吋晶圓生產(chǎn)，但目前主力仍以6吋為主,。

　　TrendForce預(yù)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(yù)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(yù)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(yīng)吃緊,，預(yù)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(dǎo)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(dǎo)，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(dǎo)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(dǎo)體材料,。而氧化鎵作為新一代的半導(dǎo)體材料、業(yè)界也期待能在電動車領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,。

　　氧化鎵作為新一代電力控制用功率半導(dǎo)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(yīng)。由于客戶們可利用現(xiàn)有的4 吋晶圓設(shè)備來進行新一代產(chǎn)品的生產(chǎn),，過去投資的老舊設(shè)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,。