隨著資訊化時代的來臨，不斷加深影響現代社會的發展及演進，讓生活更為便捷。其中，從物聯網、自駕車、機器人、人工智慧、智慧醫療等領域，到未來在高頻通訊、能源管理、高速運算等方面的實現，甚至是利用更多電子資訊的革新技術，來開發各種服務人類的功能，都離不開半導體的應用與結合。因此，半導體技術的突破成長，將是未來科技發展的關鍵。
根據工研院IEK Consulting估計，2025年全球半導體元件的市場規模將達1,200億美元，主要應用項目如光學元件、行動通訊、基地台、伺服器用的CPU和GPU等。更值得關注的是，為因應未來持續開發或改善的電子產品，需要更好的半導體元件來滿足其需求，其中半導體元件中所採用的新興材料，更是提升元件及產品性能的核心要素。
目前主流半導體材料仍為以矽（Si）為基材的矽基半導體，面對電路微型化的趨勢，其不論是在製程或功能的匹配性上已屆臨極限，愈來愈難符合晶片尺寸縮減、電路功能複雜、散熱效率高等多元的性能要求；加上未來更多高頻率、高功率等相關電子應用，以及需要更省電、更低運行成本、並能整合更多功能性的半導體元件。
矽基半導體受限於矽的物理性質，而有不易突破的瓶頸。因此，目前歐、美、日等許多半導體廠都競相投入開發化合物半導體（Compound Semiconductor）的材料、製程及應用，著眼於透過性能更優異的新材料，解決原先矽基半導體在高頻、高功率等使用上不及的問題。
當前功率半導體的潛力材料，如氮化鎵（GaN）與碳化矽（SiC），這類屬於能隙（Energy band gap）高於3.0的「寬能隙」材料，不僅耐電場的能力較好，應用於高壓元件時不易被電場擊潰，且導電性及散熱性佳，可降低能量耗損，並在介電常數較低之下，還可減少寄生電容，降低訊號延遲與耗電。因此，這些寬能隙的半導體材料更適合應用在功率元件（Power Device）上，利用其更高效率、高傳導且耐熱等優點，滿足民生、工業、交通等方面的應用需求，克服更嚴苛的使用環境。根據市調與策略顧問公司Yole Developpement的研究顯示，功率元件的全球產值將自2017年的104億美元，成長至2023年的132億美元，包括電動車、工業、消費性電子、運算及儲存等，都是主要的應用方向，也顯現不僅功率元件的市場將持續上升，寬能隙材料的需求也會連帶增加。
寬能隙材料在性能上具備更多優勢，相對也會影響半導體晶圓市場的發展。日本市調研究機構富士總研預估，2025年全球半導體晶圓產值將可突破174億美元；其中採用氮化鎵、碳化矽與氧化鎵（Ga2O3）等三種材料的寬能隙晶圓，估計自2017至2025年間將分別以年複合成長率約21％至77％不等的速度成長，部分原有的矽晶圓應用有機會被取代。如90奈米以上的矽晶圓，現由6吋及8吋廠供應，提供物聯網、車用、射頻、及較高功率元件的應用，是寬能隙半導體晶圓有機會切入的利基市場。
以6至8吋晶圓為寬能隙半導體的目標市場，是因目前寬能隙材料的供應和製程使用僅在6吋晶圓以下（含6吋）較為穩定，也是國際半導體廠投入的階段。加上化合物半導體實際的發展應用，除了電路設計有別於矽基半導體，仍需要更多研究測試與驗證，同時在製程上能因應寬能隙材料的設備供應及製造方法也有待加強，相關專業技術人員及經驗不足，均導致生產良率不高等問題，因此現今寬能隙半導體的生產成本相當高，以相同6吋晶圓相比較，初期的價格可比矽晶圓高出近百倍。因此，目前尚待開發的8吋寬能隙半導體晶圓，更是台灣半導體產業的未來機會。
台灣半導體產業歷經數十年發展，累積無數經驗、技術和產品，應用端的產業鏈也相當完整，功率電子的產業鏈，從材料、元件、模組、到系統與整機，也已有廠商投入，有助於搶攻功率半導體的市場。面對國際廠商的競爭，台灣仍缺少在寬能隙半導體的材料研發、元件及模組的設計等方面的經驗和能量；但相對在市場上、尤其是高階應用市場，目前仍處萌芽期、競爭者少，台灣半導體產業若能掌握功率半導體的成長需求，結合產業鏈的整合優勢，方能進一步在半導體產業的未來取得先機。
（本文由工研院產業科技國際策略發展所總監鄭華琦授權轉載）
