热传导-TC 电车袭来┃第三代半导体材料的应用商机

在半导体材料领域中，第一代半导体是以硅（Si）晶圆的生产制造为主，第二代是砷化镓（GaAs）、磷化铟(InP)，因材料的物理特性已达极限，无法再提升电量、降低热损、提升速度，因此需朝向其他更能发挥电子传输效率与低能耗的材料演进，而具备高能效、低能耗、高热导率（Thermal Conductivity）的第三代宽能隙（Wide Band Gap，WBG）半导体就在此背景之下因应而生。而目前市场所谈的第三代宽能隙半导体指的就是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两种半导体材料。

第三代半导体材料目前主要有三大应用发展：第一个应用是将氮化镓材料用来制作5G、高频通讯的材料（简称RF GaN），因应未来通讯会朝向愈高频发展，传统的硅芯片已无法完全应用在通讯装置上，也因此业界推估未来高频通讯芯片都会以化合物半导体取代现有的硅芯片；而第二个应用是用氮化镓制造电源转换器（简称Power GaN）。近几年，使用氮化镓堆栈在硅基板上的技术（GaN on Si）已十分成熟，这种技术大幅降低化合物半导体的成本，用在生产处理数百伏特的电压转换，同时兼顾体积小和省电的特性。这类的电源转换器目前在市场上已十分普及，已经能将体积压缩可以放进口袋的大小，许多大厂更积极要将这种技术内建在高阶手机和笔电里；第三个应用则是碳化硅供电芯片（SiC），以SiC来说，结合MOSFET不仅可以做得更薄、能耗更小，且可耐1200V以上的高电压、大电流等功用，同时SiC 因具有比 Si 接近三倍的导热率，使得组件体积又可以更小，这些特性使得SiC更能适合应用在电动车、转换风力发电或大型的电动装置等相关产业。

近期科迈斯科技也陆续接收到客户的需求，透过热传导系数仪量测第三代半导体SiC的热传导系数，Hot Disk热传导系数仪具备测试高导热薄型材料的高热传片状测试模块(Slab Module)，透过量测得到SiC的热传导系数约为365.6W/mK，对应文献数据得以证实量测的准确性。

  ▲ 图一 左图为Hot Disk用于测试高导热薄型材料的高热传片状测试模块(Slab Module)，右图为客户提供之SiC测试样品


▲ 图二 透过Hot Disk热传导系数仪量测得到SiC的热传导系数约为365.6W/mK


▲ 图三 SiC不同晶格结构的文献数据，节录自Wikipedia