摩爾定律（Moore's law）是英特爾（Intel）創辦人之一摩爾（Gordon Moore）在1965年透過觀察所得。摩爾發現，在每個集成電路（Integrated Circuit，IC）上可容納的電晶體（Transistor）數量，大約每隔18至24個月就會增加一倍，運算效能亦隨之倍翻。這「金科玉律」在過去 50 多年來，某程度上精準地預測了半導體產業的發展趨勢。然而，隨著半導體製程進入納米幾何尺寸 (nanometer geometries)，摩爾定律開始迎來物理極限和漏電問題的制約，有人甚至揚言摩爾定律已走向失效，晶片商輝達（NVIDIA）的行政總裁黃仁勳便是其中一人。不過，荷蘭半導體設備商ASML也曾一度受制於光束本身的物理極限，未能突破製作超精細製程所需的光刻解析度，而嶄新的解決方案亦應運而生，透過利用鏡頭與曝光成像的光路在液體內傳遞光線，開創 EUV（Extreme Ultraviolet，極短紫外線）液浸式光刻技術。
無疑，電晶體的尺寸現在仍然在縮減過程中，但縮減幅度相比過去變小了，而且為緩解電晶體效能的下降，需要有各種不同的技術來輔助尺寸變小。例如在22納米之後，電晶體變為FinFET結構，在3納米之後，電晶體即將演變為Gate All Around FET結構。到最後，估計會演化為互補FET（CFET），核心的原理主要是充分利用電晶體Z軸來實現微縮性能的提升。
當然，除了基礎元件的變革，目前半導體的發展還是比較多元化，包括新材料的引進、元件結構革新，也包括微影技術、3D的異質整合等。在新材料的引進上，第三代半導體可以說是目前最熱門的話題之一。在過去 30 年，邏輯 IC基本上都是以矽（Si，Silicon）為材料。目前，坊間所稱的第二代半導體，多數是指砷化鎵（GaAs，Gallium Arsenide）、磷化銦（InP，Indium phosphide）兩種材料；而所稱的第三代半導體，一般指的是氮化鎵（GaN，Gallium nitride）和碳化矽（SiC，Silicon Carbide），兩者皆具有耐高溫、高電流、高電壓、高頻的特性，更有散熱佳、體積小、能耗小、功率高等優點，除了應用在電動車，許多快速充電器都需要用到相關技術。
根據TrendForce的數據統計，2018至2020年第三代半導體產業因受到中美貿易摩擦、疫情等影響，整體市場的增長受到壓抑。不過，受惠於車用、工業與通訊需求回暖，相信今年相關第三代半導體的增長動力將出現明顯的反彈。 其中又以GaN功率元件（Power Semiconductor Device）的市場復甦最為明顯，估計今年相關市場規模將高達6100萬美元，按年增90.6%；而據IHS Market預測，2019至2024年的CAGR為51%。
值得注意的是，包括電動汽車（EV）、風電、光伏太陽能、儲電、變頻家電等都是IGBT 等功率半導體的重用應用領域，加上5G通訊基站等也將帶來功率半導體需求的提升，都加速對第三代半導體材料產業化需求。事實上，自從特斯拉（Tesla）的Model 3電動車逐漸改用意法半導體（STMicroelectronics，NASDAQ：STM）和英飛凌（Infineon）的SiC逆變器，比亞迪（1211）新能源車「漢」的馬達控制器在去年也開始應用SiC-MOSFET模組；不過，目前國內功率半導體市場自給率偏低，估計中高端功率MOSFET和IGBT自給率不足10%，中央政府為提升半導體自主化，今年在「十四五規畫」中將投入巨額資金支持企業擴大產能，上述因素將推升GaN及SiC等第三代半導體高速發展。
據TrendForce的報告稱，目前部分晶圓製造代工廠包括：台積電（TSMC）、 世界先進（VIS）等已開始嘗試把GaN元件導入8吋晶圓生產，但現行仍主要以6吋為主，並預期 2021年通訊及功率元件營收分別達到6.8億和6100美元，按年增長31%及 91%。此外，目前也有將氮化鎵堆疊在矽基板上（GaN on Si）的技術應用，好處是大幅降低化合物半導體成本，用於生產處理數百伏特的電壓轉換，可以做到又小又省電，手機品牌如小米、OPPO、Vivo已率先應用相關技術於快速充電頭，而聯想亦有把這種技術內建於高階的筆記型電腦內。
當前，全球SiC市場主要美國、歐洲、日本等壟斷，科銳（NASDAQ：CREE）是全球SiC市場龍頭企業，佔據襯底（substrate）市場約40%的份額，Ⅱ-Ⅵ（NASDAQ：IIVI）、日本羅姆（ROHM）合計佔據SIC襯底市場的35%，是SIC襯底市場CREE的主要競爭對手。GaN市場由日本廠商主導，在GaN射頻器件供應商中，住友電工（Sumitomo Electric）和CREE是行業的龍頭企業，市場佔有率均超過三成，其次為科沃（NASDAQ：QRVO）、MACOM（NASDAQ：MTSI）、II-VI等。以目前的宏觀格局來看，半導體國產化有愈來愈迫切的實際需要，但國內晶片龍頭在先進製程上受到美國制裁衝擊，惟幸在第三代半導體上國內外差距較之前傳統半導體領域有所減小。這一次產業爆發和國產替代會同時進行，從事相關公司將充分受益這一波產業高速發展的創新紅利，而此題材在港股方面的選擇暫時仍然缺乏，且看會否有上市公司變身成為相關概念的第一股。
＊文章獲 徐立言 授權刊登，原標題為《第三代半導體市場迎來高速發展的創新紅利》
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