本文作者為微驅科技總經理吳金榮
在電動車、混合動力汽車、電源供給器以及太陽能逆變器(Inverter)等需求的推動下，碳化矽 (SiC)、氮化鎵 (GaN)功率半導體的市場將快速成長，預估明年可突破10億美元，2029年將超越50億美元。
碳化矽及氮化鎵同屬於寬能隙半導體的成員。在固態物理學中，能隙是指從半導體或絕緣體的價帶頂端到傳導帶底端的能量差距。
寬能隙半導體內部電阻非常低，製成的元件與同類矽元件比較，效率可提升70%。低電阻可讓半導體運作時的產生的熱量降低，達到更高的的功率與密度，寬能隙半導體關斷時間極短，能夠在非常高的開關頻率下運作。
寬能隙半導體的這些特性在電力、電源等相關應用，較傳統的矽基半導體優越很多，不過由於成本高，投入開發者少，技術發展進度較慢。
近年來，由於「節能減碳」成為舉世努力的目標，開發節能設備及電動車等，成為這些年來的產業新趨勢。
以電動車為例，使用SiC的功率半導體元件，可大幅提升電動車的電源效率，增加續航里程。特斯拉的Model 3大量採用SiC功率半導體元件，因SiC體積小、重量輕、耐熱，間接減少電池耗電，提升續航力。
最早進入半導體市場的SiC元件，為肖特基二極體 (Schottky Diodes)，已有10多年的歷史。近年來進入市場的是，SiC金屬氧化物半導體場效應電晶體（SiC MOSFET）及SiC接面場效應電晶體（SiC JFET）。
隨著SiC功率模組也越來越多，包括混合SiC模組，具SiC二極體及Si絕緣閘雙極性電晶體（IGBT），以及包含SiC MOSFET，有或沒有SiC二極體的SiC全模組。
近來SiC MOSFET受到不少製造商的採用，有多家供應商提供產品。SiC MOSET平均價格在2019年下跌，主要是因650V、700V和900 V之SiC MOSFET降價與矽基超結合面(Super junction) MOSFET競爭，以及供應商之間的競爭加劇。價格下跌將會促使SiC MOSFET技術更快地被採用。
相較下，GaN功率電晶體和GaN系統IC，最近才開始在市場活躍。GaN也是一種寬能隙材料，具有與SiC類似的性能，但具更高的降低成本的潛力。主要是因為GaN功率元件可以生長在比SiC便宜的矽，或藍寶石基板上。
目前GaN電晶體已經在市場販售，但預估Power Integrations、德儀和Navitas Semiconductor等公司，的GaN系統IC的市場，將會有更大的成長率。
預估到今年底，SiC MOSFET的產值將可達3.2億美元，這與最早進入市場的肖特基二極體的產值相當。從2021年起，SiC MOSFET的市場將領先其他元件，成為最暢銷的SiC功率元件。
儘管SiC JFET的性能、可靠性及價格皆不錯，不過由於使用者較喜歡SiC MOSFET，導致SiC JFET成為利基產品，成長率雖然不錯，但無法超越SiC MOSFET，因此營收較SiC MOSFET小得多。
結合了Si IGBT和SiC二極體的混合SiC功率模組，2019年的產值約7200萬美元。
完整SiC功率模組2019年的產值約5000萬美元，預估到2029年可成長至8.5億美元。完整SiC功率模組，主要應用為混合動力汽車和電動車動力的總成逆變器(powertrain inverters)。
相較之下，混合SiC電源模組將主要用於太陽能（PV）逆變器、不間斷電源系統和其他工業等應用，不過成長率不高。
目前使用SiC和GaN功率元件的電子設備，元件已經累積超過好幾兆小時的使用經歷，驗證產品的可靠性。
新進入市場的供應商，則可透過JEDEC和AEC-Q101標準的認證來確認產品的可靠性。直到現在，還沒發現奇怪的品質問題，SiC和GaN元件通常品質比矽元件更好。
SiC MOSFET及SiC JFET可以用較低的工作電壓，如650V、800V及900V，讓SiC可以與矽基超結合面(Super junction) MOSFET在性能與價格競爭。
具有GaN電晶體和GaN系統IC的終端產品目前已有許多產品皆已經量產中，尤其是USB C型電源變壓器和充電器，可為手機和筆記型電腦快速充電。許多GaN元件可由晶圓代工廠製造，可在標準矽晶片上提供GaN外延電晶體的生長，並且隨著產量的增加而無限擴大產能。
僅管GaN元件市場直起急追，相較於SiC，GaN的市場仍遠遠落後。電動車市場逐漸升溫，對功率元件需求日增。全球功率半導體公司開始集結重兵開發SiC、GaN相關產品。
意法半導體於2018年取得特斯拉Model 3 SiC MOSFET訂單，隨著Model 3的暢銷，讓意法在SiC市場大豐收，讓其他競爭者加快腳步發展SiC相關產品。
目前尚屬於SiC、GaN半導體產業發展的前期，未來仍有許多機會進入此市場。英飛凌、德儀(TI)、恩智浦(NXP)、安森美(On-Semi) 、羅姆(Rohm)、瑞薩(Renesas)等皆在此布局。
連台積電也與意法合作，開發GaN製程技術，將分離式與整合式GaN元件導入市場。
被稱為第三代半導體的SiC、GaN將開始進入快速發展的軌道。
