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高頻通訊元件用化合物半導體材料產業初探 [趨勢新知]
種類:其他公告  發布單位:技術處  發布日期:2021-04-14 09:00
作者:張致吉/工研院

前言

通訊的發展綿延不斷,除了滿足人類基本需求外,再結合電腦與機械,已漸漸擴展到自動化的各種應用,如智慧化生產、智慧化家庭、電網、城市、交通與機器人等,未來消費市場的成長與需求動能將更朝向多元化發展,包括:教育、金融以及醫療等,在跨國工作及移民等普及下,更因為通訊技術不斷的增進,促使人與人之間的距離逐漸打破遠距國界的藩籬與年齡的隔閡。2020年又因為肺炎疫情(COVID-19)的侵襲,使得智慧化網路需求加劇,為了因應後疫情的變革與人類生活習性的改變,未來更需要靠數位轉型來引導經濟的成長,而通訊技術更是數位化的引擎,值此各國在嚴重的地緣政治氛圍下,貿易紛爭不斷,美國又帶頭領導各國禁止高科技產品出口,致使我國挑戰下世代通訊技術將面臨更嚴峻的考驗,投入下世代通訊技術中最關鍵的零組件與上游化合物半導體材料正是當今首要課題。

一、化合物半導體概述

化合物半導體是兩種或更多種物質的化合材料,通常是屬於高性能的半導體材料,也由於是將兩種或多個元素組合而成的半導體型態,其特徵在於它們具有寬能隙的現象,因此它們具有比矽(傳統半導體材料)高的電子遷移率,以及具有光發射/光接收的功能,經常被當作高頻元件和功率元件以及光學元件。

二、化合物半導體與應用市場

化合物半導體市場主要有元件市場和晶圓市場,而元件市場又含高頻元件,光學元件和功率元件。最近幾年化合物半導體市場因下世代通訊應用需求增加而變得更加活躍,例如與5G/B5G通訊相關基礎建設的投資,使得應用在射頻線路的高頻元件再度倍受關切;與數據中心相關的設備投資,諸如數據中心光通訊傳輸用的光學元件,因既有的矽基元件無法滿足其需求,因此化合物半導體元件成為唯一的所選。

三、高頻元件相關技術趨勢

在使用化合物半導體的高頻元件市場中,越來越多基站的PA中採用氮化鎵(GaN)高頻元件,這已成為市場的驅動力。關於5G相關的基礎建設正在緊鑼密鼓地進行,並且隨著頻帶的上升,GaN高頻元件的採用率有望提高。

四、結論

化合物半導體由於是將兩種或多個元素組合而成的半導體型態,有寬能隙的現象,具有比矽高的電子遷移率,以及具有光發射/光接收的功能,經常被當作高頻元件和功率元件以及光學元件,材料型態大致有III-V族、II-VI族與IV-IV族。市場談論主要分元件市場和晶圓市場,而元件市場又以功能發揮分為高頻、光學和功率等三個不同面相的應用。因為下世代通訊應用需求增加,高頻元件變得更加活躍,尤其在5G/B5G通訊的相關基礎建設方面,隨著頻段變得越來越高,具有高電子遷移率的化合物半導體元件開始有取代矽基的高頻元件的趨勢,並從5G基地台通訊的頻段開始進入市場,未來應用在高頻通訊的化合物半導體元件更將被關注。
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更新日期:2020-04-28

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