第四代半導體誕生！氧化鎵 VS 氮化鎵，最終誰能勝出！？帶你完整了解半導體的世代

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🏮【科技新未來 EP23】第四代半導體誕生：氧化鎵與氮化鎵打對台誰將勝出？🏮
這周的科技大哉問，我們有提到第三代半導體，台灣的機會在哪裡？主要的原因就是看到了日本成功量產氧化鎵的新聞，有人說他是第三代，也有人說是第四代，半導體世代是如何分類的呢？未來半導體的材料又會如何轉變？曲博帶你了解！
00:00 開場 | Introduction
01:11 半導體的世代分類 | Generation of Semiconductor
04:15 氧化鎵的材料特性 | Material properties of gallium oxide
06:55 氧化鎵的摻雜機制 | Doping mechanism of gallium oxide
10:21 氧化鎵的功率元件 | Gallium oxide power components
18:39 日本量產氧化鎵4吋晶圓 | Mass production of gallium oxide 4-inch wafers in Japan
21:04 結論 | Conclusion
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kknews.cc/zh-tw/news/q4yprxr....
technews.tw/2021/06/16/ga2o3-...
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#氧化鎵 #氮化鎵 #碳化矽 #第三代半導體 #第四代半導體

[@user-jc9jq3jz9t]

感謝專業分享！

[@wutangtang8590]

简短的讲解却非常informative. 感谢！

[@liang5589]

感謝專業分享

[@user-wt6oe8nm7y]

感謝老師 收益良多

[@allenwu1875]

很享受長新知識 曲博提綱挈領説明⋯⋯太棒了

[@Ansforce]

謝謝你支持！

[@shihhsienyeh1094]

喜歡今天的內容 謝謝

[@user-james332]

太專業了

[@jeffreyyucheng]

講得超詳細的!!! 而且資料輔佐說明的很棒!! 期待更多您的影片! 謝謝

[@Ansforce]

謝謝你支持！

[@user-in3lk5wd4m]

P type doping難做只是目前做CMOS、BJT、IGBT有困難，做Sckottky diode和MESFET還是沒問題的。

[@Ansforce]

謝謝你的資訊。

[@ching-fengchen7951]

曲老師的講解清晰明瞭、內容豐富。我決定今晚操作加入曲粉。

[@Ansforce]

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[@kjcguita7221]

Ga2O3 似乎和SiC 的應用,有很大的重疊的部份,對Ga2O3應用或工業化可能會推遲.畢境SiC 已經算成熟制程了

[@jiaweili2829]

能否講解能隙的相關

[@user-wj7mz8nr7q]

謝謝曲博介紹新知識，想請教一下，我看大陸的新聞有的會寫說窄带隙的锑化镓也是第四代半導體，想請教曲博锑化镓的特性跟發展用途有哪些呢，謝謝!!

[@Ansforce]

銻化鎵是第四代半導體材料之一，能隙為0.726eV，通常可以用來做紅外檢測器、紅外發光二極體、電晶體、雷射二極體等，因為成本高所以主要是國防工業上使用。

[@user-in3lk5wd4m]

@@Ansforce 電晶體是雙異質介面HBT和pHEMT。這個pHEMT是從砷化鎵襯底外延磷化銦，剛好也跟GaSb晶格匹配，是1988年法國人Alan Cappy以分子束外延開發出來的叫metamorphic的器件結構。

[@user-ik8jm4bq5i]

@@Ansforce ：

[@JackSmith-oe6fs]

你好，讲的好，能推荐一下日本和其他国家半导体材料很好的上市公司吗，谢谢

[@waynehsintw6647]

讚

[@user-gl2ko2uu1p]

我決定的事情從來不後悔就是不要以後再來後悔自己現在的決定

[@fatelin6871]

揚博第三代半導體設備 廣運提供太極的第三代半導體設備 漢民第三代半導體設備 IET-ky自己的第三代半導體設備第三代半導體設備 誰的設備優勢比較好? 中山大學獨創長晶技術助半導體業升級這個是跟太極的合作嗎? 還是自己研發的技術 跟中研院與太極的技術不同?

[@N96001216]

中山大學指的是周明奇教授團隊嗎? 另外中研院有沒有做長晶我不清楚，不過太極是中科院技轉過去的

[@onchang6020]

15：07 650 micron 的 Ga2O3 层 比大多数现有的Si wafer 厚

[@89390305]

氧化鎵散熱的製程技術不知難不難，感覺功率元件製成不須精細 比較粗曠，應該不難。 如果不難的話.....本身導熱優勢被高製造成本攤掉的碳化矽前景就很不妙。

[@Ansforce]

我看那個圖其實不簡單，要長出鑽石薄膜來散熱，厚度要夠。

[@thomashsue]

有人用p type Iridium Oxide 跟 n type Gallium Oxide 做出MOSFET了 另外14:50應該是口誤是Silicon Nitride Passivation不是 GaN

[@Ansforce]

謝謝你提醒，我的確是口誤了，是Silicon Nitride，我不小心說成了GaN。

[@kookkook4672]

前幾天才看完人工鑽石 影片

[@TSCforThomas]

Gallium Oxide 可以用柴式拉晶，成本可以降低不少。

[@user-ej9ey2xi1y]

請問曲先生 黑色素是否在半導體中有應用之處 謝謝

[@Ansforce]

那一種黑色素呀？

[@skandaallen9353]

想請教一下 曲博大大: 高通是一間ic設計界的tsmc,是一間連apple都難以替代的公司,小弟想知道的是MTK與高通的追趕差距有多大? MTK超越高通的可能性? 總不能以中低階市占 或 CP值取勝,在高階晶片設計&先進設計專利 有無像tsmc憑藉著強大技術&專利優勢來成為設計產業界龍頭大老? 感謝曲博大大分析!!!

[@j808010]

高通的實力主要在雄厚的通訊技術專利，在3G 4G時代，它們甚至自豪地說每一隻手機都包含它們家的專利技術(MTK被綁得死死的)。而通訊這一塊靠的不是製成，而是自身在通訊領域得投入，這個是極高的研發投入，包括時間、金錢、人力，以目前MTK產品設計的概念(成本導向)，應該是不會往這個方向走

[@Ansforce]

高通過去兩年的市佔率被聯發科超越主要是因為中美貿易戰和找三星代工的策略錯誤，但是它仍然是一家強勢的公司，從技術、專利、品牌來看都勝過聯發科，聯發科這兩年市佔率超過高通只是不小心撿到槍而已，想根本打敗高通我認為還需要努力。

[@skandaallen9353]

@@j808010 感謝大大 非常專業的業內人士分析

[@skandaallen9353]

中美貿易戰已從科技戰傳變成兩強意識形態 價值觀的長期對立,中國去美化的政策能保有MTK的市占率又 如果tsmc產能優先鞏固台灣ic產業艦隊(同一條船上的),使MTK確保產能供給的情況下(因為先進製程住要是手機終端穿載裝置&5G........需求)使高通產能配給受到壓縮限制,保有讓MTK長期抗爭之利基,單憑技術&專利創新能力而言,能有多少勝算??? 尤其在5G 6G 久遠未來的7G商轉應用,是新的技術 新的設計架構&物理運用,彎道超車是否能實現???

[@skandaallen9353]

@Jack 感謝大大提供資訊

[@suarthur]

只要有新材料 在功率半導體區域被開發出來, 部分人士就賦予它" 一個世代" 好像不太適當, 也容易誤導不是專業的一般名眾...

[@user-vw3ll9ky2p]

从热导率的角度来看，砷化硼（BAs）的性能明显优于氧化镓（Ga2O3）。具体比较如下： - **氧化镓（Ga2O3）**：10-30 W/m·K - **砷化硼（BAs）**：约1300 W/m·K

[@歸虛]

另外能不能請曲博談談硬碟的磁頭，因為今天我查了一下 好像硬碟的磁頭也小到微米級 我以前就一直在猜想，為什麼硬碟磁頭不用晶片製程來做，可以更小還能做成多磁頭多軌並行處理 不知道現在是否有做到呢?

[@Ansforce]

我們安排科技問答來討論吧！

[@歸虛]

@@Ansforce 因為前幾天看到一個拆解的視頻在講到"mutil-stage micro actuators" 磁頭的制動技術吧，其大小是微米級 致動臂材料是矽 所以在猜想是不是真的達到磁頭也用晶片製程的方式生產 那為何還是單磁頭而不做更多的磁頭，並行處理以加大傳輸量?

[@e7932]

請問合晶（6182）是從事第幾代何半導體？謝謝

[@Ansforce]

@@e7932 合晶應該是第一代的矽晶圓，而且尺寸還只有4~8吋。

[@e7932]

@@Ansforce 那是否意味第一代矽晶圓即將被進化取代，若公司不研發，將被市場淘汰？！

[@yanghu9725]

氮化铝抗，这个材料会不会成为下一代衬底材料

[@3q9409]

陶瓷導熱性好嗎？陶瓷片不是用來當隔熱材料嗎？

[@moonmoon923]

此陶瓷非彼陶瓷。导热这事，有时候要换个思路，嗯，不能再说了

[@Ansforce]

陶瓷導熱性一般都是不錯的，你把熱水放在陶瓷杯裡一下子外面就熱了！我查了一下，確實有隔熱陶瓷陶片，不過我覺得它的意思不是隔熱，應該是耐熱。

[@haolu8902]

GaN就载流子迁移率以及高频功率特性肯定完胜Ga2O3

[@Ansforce]

是的，氧化鎵主要是價格和功率比較好，其他條件並沒有比氮化鎵好。

[@user-gd7oo7rr3c]

不好意思，請教一下選擇基板是否有什麼條件嗎？ 若將基板換成石墨烯是否可行？ 我記得沒錯的話石墨烯其導熱係數遠高於鑽石，能否解決其Ga2O3熱傳導的問題？

[@thomashsue]

基板一般來說同質基板是最理想的 或者至少晶格常數相同or接近避免影響結晶品質和造成基板翹曲 同時異值基板最好還要化性穩定避免生長時污染 熱跟電性優良的石墨烯幾乎都是用撥離的方式產生的應該離製造基板還很遠

[@歸虛]

有一個重點就是其他的電子元件跟PCB是否發展到能耐高溫，生產鏈成熟了嗎。 因為碳化矽以上皆有利於功率晶體晶片，其優點都在於耐高溫可以超過矽的160~185度C限制以上， 其可以達到400~500度C工作溫度也許講低點吧300~400度C比較實在 而目前PCB耐溫 電容耐溫.. 無鉛銲錫...都不足以承受，這會讓碳化矽的用途受限，無法充份發揮其高耐熱的特性 另外是目前看起來碳化矽或氮化鎵想要取代矽作為高精密晶片，如處理器跟記憶體元件似乎還看不到邊 還有點遙遠是嗎? 終於看到鑽石作為導熱基材了，但是鑽石應該是會導電的，那麼晶片基板應該還要保留一層薄薄的絕緣層吧?

[@Ansforce]

碳化矽或氮化鎵原本就不是用來取代矽作為處理器或記憶體元件的。

[@歸虛]

@@Ansforce 看大陸想說要投入1萬億美金在碳基晶片製程，試圖彎道超車 雖然覺得很奇怪 覺得不可能 但另一方面也會覺得他們真的會那麼傻嗎? 是不是我們自己的想法有局限了呢?或是有我們還沒想到的地方?

[@Ansforce]

@@歸虛 我認為是媒體報導有些誤會，大陸投入一兆美元，應該是指所有的半導體不是只有第三代半導體，事實上研發第三代半導體花不了這麼多錢，反而研發第一代半導體先進製程應該最花錢的。

[@歸虛]

@@Ansforce 應該是你講的那樣 但他們試圖在碳化矽製程上面彎道超車是比較明顯的意圖 雖然就我所知碳化矽目前只用在功率晶體 POWER方面。 但也是在想也許還有我未想到未知到的科技前沿 也許是他們一貫的誇大宣傳手法也是說不定拉 像這兩天又在吹華為能製作7奈米 今天又變成能製作5奈米..... "進步"得真快 XD

[@user-dl7wq8es4t]

191ff乍

[@binghamkuang]

導電好導熱差 這不是完美的熱電材料嗎？ 因為是陶瓷，有晶格震動 聲子是不是能完美轉換成電能⋯？

[@Ansforce]

氧化鎵好像沒有聲光效應或壓電效應耶！

[@user-wg7oo9tp7g]

以

[@user-in3lk5wd4m]

@@Ansforce 它的晶格如果向石英那樣找得出六方堆積的面，就會有壓電特性。

[@matteofeike6523]

导热差是相对的 导电好也是相对的 要作为热电材料 热导率还应降低两个数量级才行

[@Atingmaykeko]

SiO2的bandgap更大（9eV)有沒有可能成為未來的半導體？

[@Ansforce]

氧化矽是絕緣體不是半導體，並不是所有的金屬氧化物(陶瓷)都具有半導體的特性，例如：氧化銦錫(ITO)也是金屬氧化物(陶瓷)，但是它的導電性很好，用來取代金屬製作透明電極。

[@MeariBamu]

@@Ansforce 目前氮化嫁的產品有應用到台式電腦的電源盒嗎，我看到的都是用在充電器上

[@Ansforce]

@@MeariBamu 應該沒有用在桌上型電腦，因為氮化鎵的MOSFET開關頻率高，可以縮小被動元件，但是價格高，所以不太可能用在桌上型電腦這種對尺寸不太在乎的產品上。

[@jasonchan0925]

請教曲博士, 石墨烯是否有可能用在半導體嗎 ? 或許石墨烯 doping 一些其他元素 ?

[@Ansforce]

的確是有石墨烯電晶體這種東西，不過我覺得它要量產有困難，五年之內先不必討論這個東西。

[@jasonchan0925]

@@Ansforce 搞不好日本人已經偷偷在實驗室搞了, 哪天又突然蹦出來, 可以量產囉....

[@KKRELATION]

也有人認為第四代半導體會加入二維材料 不過也都還是實驗階段

[@user-ti6mk4mg8r]

影片中所說的歐姆接觸在期刊論文上指的是MOSFET元件的源漏極金屬接觸，非影片圖片上一般的金屬接觸

[@Ansforce]

是的，歐姆接點指的是金屬和半導體的接面，我在影片裡有口誤嗎？能不能給我時間？謝囉！

[@donnyhuang1766]

為什麼要刻意區分第幾代? 只是不同材料的應用..... 分代 只是行銷目的吧.... 想讓人有 第二代比第一代好的 "錯覺"

[@Ansforce]

不知道是誰先發起的耶！你說的對，是不必這樣區分啦！

[@user-ye2hd6gj6e]

想請教老師，精材跟台積電的封裝測試產線有何區別，台積電把封裝測試產線全部轉給關係企業精材，不好嗎？

[@user-ui3ht1ey7p]

-

[@ascendknifer]

台積電去美國設廠也要蓋封測廠 可能是成本高規模小(做給美國軍事用) 也有可能是配合廠商資金技術研發已經跟不上台積電研發腳步了 台積電1-2年一個製程進化 沒有廠商跟得上了!

[@Ansforce]

精材只做台積電的CIS影像感測器封裝，這個並不是太高階的技術。而台積電自己做的是先進封裝，是高階的技術。台積電當然可以把先進封裝部門分割出去成立一家新公司，但是現在的先進封裝和晶片製造，甚至晶片設計都有關係，因此同一家公司做應該會更穩妥一些。

[@user-ye2hd6gj6e]

@@Ansforce 感謝老師辛苦教導指點，謝謝

[@kiki7503]

硒锡矽三个同音字。。

[@serene2005]

請別生氣! 台灣李永樂誕生

[@haolu8902]

第四代半导体命名不合适，因为BN，金刚石，Ga2O3都是，并且应用并没有较GaN SiC功率器件有革命性创新，成为超宽禁带更合适

[@Ansforce]

你說的有道理，只是某些人這樣說而已。

[@ching-fengchen7951]

碳化矽、氧化鎵都是老早就有的東西。只是因為有了新的應用，就說是類似新發明的名稱「第x代」半導體，並不恰當。

[@user-tx2ih8ub5r]

大好

[@wangpoki5449]

❤❤❤❤❤

[@ulovebob1]

代??比台積電3奈米還先進嗎？應該叫“類”吧？或“發光功率類”此類跟砷化鎵擺在一起都行，只是耐壓，耐熱程度不同而已，90奈米跟5奈米也可被稱為同一類吧.

[@Ansforce]

第幾代是大陸的說法，要講第幾類也對。

[@user-eb6mh5dh4l]

13:20 台湾强项在于先进制程，日本强项在于材料基础科学

[@user-ki7ei6pn6s]

稱為第四類半導體比較適當

[@user-qt1kb6qk1r]

是第3類

[@user-ki7ei6pn6s]

矽只是化學元素，不應列為第一類半導體。

[@liu2732]

第三代半導體射頻晶片，是未來物聯網，人工智慧趨勢嗎?

[@Ansforce]

第三代半導體射頻晶片主要是取代5G的射頻功率放大器，這個算是和物聯網有關，但是和人工智慧關係不大。

[@xuchen1536]

氮化碳和氮化硼是几代半导体？

[@Ansforce]

這些材料可能是未來先進製程會用到的材料，好像沒有特別算是第幾代。

[@xuchen1536]

@@Ansforce 我就知道氮化碳和氮化硼是超硬材料，用来做陶瓷刀具😊

[@Ansforce]

@@xuchen1536 是的，這兩種都是陶瓷材料，不算是半導體，不過可能用在製作電晶體的某些地方。

[@wangterry186]

只有台積電會贏~就這麼簡單

[@njyonjinlutonmout]

欧美不提供设备原材料，台积电不也躺平？台积电制造技术在牛逼也是巧妇难为无米之炊！

[@njyonjinlutonmout]

@@spects9 笑话。没有上游设备原材料下游直接是0，0，0！没有台积电还有三星英特尔等等一众代工厂，无非就是良品率多少问题。

[@spects9]

@@njyonjinlutonmout 你还是不懂什庅是自由国家産業链！只擔心有沒有贬低台湾，可悲！

[@ascendknifer]

@@njyonjinlutonmout 所有民主國家都能買設備材料 只對中共國做限制 那歐美為何不做5奈米? 是因為產量低良率低效能差成本高 不如給台積電代工!

[@chieh6771]

@@njyonjinlutonmout 不是只有良率，還有功耗、效能，除非科技要倒退？否則還是強者衡強，相互成長

[@king83228]

怎麼會拿這種農場文的資料來做科普 科學性 引用? 撰稿者 背書?

[@Ansforce]

不要笑它是農場，這個平台上還真的有不少好文章，至於正確性，或許多些數字不精確，大致上沒有大錯誤。

[@king83228]

@@Ansforce 如果可以 希望能扒出這篇農產文原本引述的論文出處 於簡介中分享 這樣只少能將這農場文視為論文本身的濃縮重點版，對於有疑問之處也能有原文查證

[@king83228]

@@Ansforce 這平台的許多文章連基本媒體的撰稿負責人都沒有 這不是科普

[@user-ce4ox7ny3g]

什麼 “”第幾代第幾代半導體“”，都是中國人玩政治擺脫自卑的一種官宣技巧，傻的要死！～半導體就是材料在做區別，哪裡來什麼 “”第幾代“” 的分別？？

[@Ansforce]

你這個說法是從那裡聽來的呀？的確有人這麼說，但是到來源是什麼？這和自卑沒關係吧！後面的世代也不會取代前面的世代呀！

[@user-ce4ox7ny3g]

@@Ansforce 跟自卑沒關～？中國人的 👉官宣👈 你不懂他們用 “”代“” 的原因～？？？

[@Yi-fr3gt]

感謝分享！