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如何完美發揮「寬能隙」半導體效能?

本文作者:任苙萍       點擊: 2023-04-13 12:26
前言:
以碳化矽 (SiC)、氮化鎵 (GaN) 為主的「寬能隙」(WBG) 半導體以損耗少、效能高著稱,然而想要將這些強項發揮到極致,需從材料、晶圓、元件、模組到系統等多個環節共同努力,並非一句宣佈「採用」就能輕鬆達陣。
 
材料是碳化矽一大關鍵,為掌握品質並力保供料無虞,國際整合元件製造 (IDM) 大廠莫不傾力投入發展。甫獲鴻海科技入股的盛新材料科技即透露,光是材料就佔了他們總製造成本的五成!加上長晶過程不易,用的又是高純度、高價材料,為免製程徒勞及浪費,亟需「非破壞式」的晶體/晶圓檢測技術相助——僅經由表面加工處理、不須損傷晶體就能觀測品質和基板 (Substrate) 缺陷,且可檢測刮痕、電阻率等表面特性以提高元件良率,基板的優劣尤為關鍵。
 
元件商同樣重申「量測」的茲事體大,且與量測廠商同聲強調「雙脈衝」(Double Pulse) 的絕對必要性。這是由於中、下游廠商更關心的是切換損耗 (Switch Loss)、閘極充放電容的電荷量等動態參數;偏偏大部分功率元件會因感性負載 (inductive load) 大而產生反向恢復電流,導致單一脈衝無法精準辨別之故。雙脈衝測試有兩大關鍵:一是軟體整合,二是為用戶的待測物提供客製化解決方案並擔保治具品質,以免因接觸不良而誤導測試結果。
 
模組暨系統廠商亦附和「可靠度」的重要,包括零組件硬體本身的能力、材料、製程,以及人力組織的軟實力,這需要長時間測試與累積,並經過分析驗證之後才知學理是否正確?此外,還得評估產品或系統整個生命週期 (Life Cycle) 的「RAM」成本——可靠度 (Reliability)、可用度 (Availability)、可維護度 (Maintainability),及其後所衍生出的風險管理,尤須留意會重複出現的「系統性失效」,這有賴「系統工程」確保每次輸入、處理、輸出的操作流程及結果。
 
最後,有趣的是,在訪談的過程中,有些廠商樂觀看待台灣擁有完整的碳化矽供應鏈以及中、美以外的「第三地生產」優勢,但也有業者先進認為中國大陸的電子電路基礎扎實又有政策扶持,極可能異軍突起;復考慮到功率器件尺寸與切換損失的問題,未來對於「高操作頻率」的市場需求或更高,相較之下反而更看好氮化鎵的遠景……。更多關於如何將「寬能隙」效能發揮到極致以及市場前景的討論,盡在本期【產業特輯】。
 
 
本期內容:

SiCGaN 領跑,「寬能隙」全力衝刺功率半導體市場

量測 WBG 動態參數,非 Double Pulse 不可!

是德科技:軟體整合&客製治具,攸關 WBG 量測品質

 

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