第三類半導體以更先進的材料、優異的產品特性崛起，特別是搭上車用與充電樁、5G、航太市場、新能源的商機題材；然而成本面、產業鏈的完整與成熟度之發展仍待進步，因而現階段佔全球半導體業僅為低個位數，其中第三類半導體業全球仍是由歐美日IDM廠掌握多數版圖，目前包括Rohm、Ⅱ-Ⅵ、Wolfspeed已具備成熟6吋晶圓廠碳化矽(SiC)產線，正在向8吋晶圓廠進行開拓，例如Wolfspeed的第一條8吋碳化矽(SiC)產線已開始生產，象徵全球第一條8吋晶圓廠碳化矽(SiC)產線的投產；中國則持續大力投資，該國企業尚處於4、6吋晶圓廠導入階段，目前對岸投入第三類半導體的IDM廠或各環節的廠商包括三安光電、天岳先進、天科合達、斯達半導體、時代電氣、新潔能、士蘭微、東微半導體、博敏電子等，台灣亦積極投入進行發展。
至於第一類、第二類、第三類半導體本身彼此間就不具有世代交替的特性，僅是各自有其擅長發揮的應用領域，而因第三類半導體未來將有其發展潛力，自然也成為各國半導體廠不容忽視的課題；而預料未來下游行業推廣滲透率變化、碳化矽(SiC)成本下降程度是否能如預期實現對電能高效轉換和控制電力電子領域等產業化問題，將是未來第三類半導體業的發展關鍵。以下將就第三類半導體之基本介紹、全球發展第三類半導體產業的情況、台灣第三類半導體產業發展現況與未來之機會及挑戰概況等三個層面來進行深入探討。
壹、第三類半導體之基本介紹
●第三類半導體包括碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)，是製造高壓大功率電力電子器件的突破性材料，而從產業鏈來看，碳化矽基板是價值鏈核心
第一類、第二類、第三類半導體材料各有其發揮之處，並不會因第三類半導體的崛起而就完全取代第一類、第二類的半導體，因而這三類半導體材料未來將會同步並存於市場上，而在擅長的領域有所表現(請參考表一)。
以第一類半導體而言，其主要是指矽(Si)、鍺(Ge)，特性為用途廣但無法發光，在能源轉換和高頻通訊的效能不如第三類半導體，用途則是在邏輯晶片為主；反觀第二類半導體方面，係指砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)，特性為處理高頻訊號速度更快，能將訊轉換成雷射等光源，應用端則以手機和基地台功率放大器、雷射、光纖傳輸為重；而第三類半導體是指帶隙寬度達到2.0-6.0eV的寬禁帶半導體材料，包括碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)，也就是相較於第一類半導體，碳化矽(SiC)材料在熱導率、開關頻率、電子遷移率和擊穿場強均具備優勢，因此碳化矽(SiC)材料具備更高效率和功率密度，也就是說，從碳化矽(SiC)材料適用範圍來看，碳化矽(SiC)器件可廣泛應用於高壓、高頻和大電流場景；值得一提的是，根據表二的彙整資料可知，目前碳化矽(SiC)器件商業化實現的速度有機會快於氮化鎵(GaN)，主要係因氮化鎵(GaN)更適合1,000以下電壓等級，高開關頻率的器件相較於之下，碳化矽(SiC)及器件能用在10kv以下的應用場警，更適合製作高壓大功率電力電子裝置所致。而從產業鏈來看，碳化矽基板是價值鏈核心，未來如果碳化矽基板價格能呈現下跌，預料將是推動碳化矽(SiC)產業鏈發展的核心環節，因而碳化矽基板的發展也是未來碳化矽(SiC)降低成本、增加效能和商業化落實的核心驅動因素。
表一 第一類~第三類半導體材料之比較概況
資料來源：財訊、台灣經濟研究院產經資料庫整理，2023年2月
表二 第三類半導體的分類及應用領域
資料來源：中國銀河證券，2022年11月
事實上，近年來第三類化合物半導體備受市場討論，主要是其所內含的氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)，剛好因其能承受更高的電壓、電源轉換效率更高、高頻傳輸效率更佳，而可應用於光達、車用二極體、5G、衛星通訊功率放大器、馬達控制器、風力發電等電力控制系統等領域，其中車用電子、5G、風力風電等皆是具有發展潛力的市場商機；再加上中國半導體業因面臨美國卡脖子問題，所以頗有期望能於第三類半導體彎道超車的意味，當然也掀起全球市場更加關注此市場。
貳、全球發展第三類半導體產業的情況
●從全球第三類半導體業競爭格局來看，美國(例如Wolfspeed、II-VI、On Semi)、歐洲(STM、Infineon)、日本(Rohm、Mitsubishi、Fuji Electric)企業為碳化矽(SiC)的領導者
根據圖一的預測資料可知，2027年全球碳化矽(SiC)功率半導體市場規模將由2021年的10.90億美元成長至 62.97億美元，總計2021~2027年的年複合成長率將為34%的水準，其中汽車應用將主導碳化矽(SiC)市場，占整個碳化矽(SiC)器件市場75%以上。若以第三類半导体材料渗透率來說，矽仍是半導體材料主流，占比為95%，但值得注意的是，第三類半導體滲透率未來將逐年上升，碳化矽(SiC)滲透率在2023年可望達到3.75%，氮化鎵(GaN)滲透率在2023年達到1.0%，總計第三類半導體滲透率4.75%。
注：左圖單位為百萬美元
資料來源： Yole，中國電子技術標準化研究院，前瞻產業研究院，TrendForce，華安證券研究所，2022年12月
圖一 全球SiC功率半導體市場規模預測(左圖)、2017~2023年全球主要半導體材料滲透率及預測(右圖)
第一類~第三類半導體材料，國際業者全數均以IDM型態的廠商為主，其中第三類化合物半導體國際指標性廠商包括Wolfspeed、II-VI、Cree、Rohm、Infineon、STM、ON Semi、Mitsubishi等，皆以美國、歐洲、日本等企業為主，其中若以碳化矽(SiC)市場來看(請參考表三)，總計全球前五大已掌握國際88%的版圖，顯然美國、歐洲、日本企業為全球碳化矽(SiC)行業的領先者。
表三 2021年全球碳化矽(SiC)市場主導公司營收與排名/市占率概況
資料來源：中國銀行證券、台灣經濟研究院產經資料庫整理，2023年2月
以Wolfspeed而言，公司在整體第三類半導體市場扮演將當重要的角色，主要是公司早在2017年舊進行戰略轉型策略，業務聚焦於射頻碳化矽基氮化鎵技術(GaN-on-SiC)，而目前產品多琢磨功率產品，包括SiC MOSFET、SiC JBD、功率模組、柵極驅動板，以及射頻相關功率晶體管產品，還有碳化矽(SiC)材料外延及相關器件代工服務等，甚至Wolfspeed也積極布建新產能，其2022年4月在美國紐約的8吋碳化矽(SiC)晶圓廠投產，5月則宣布會在建立一座晶圓廠，投入規模將超越莫霍克谷工廠。
而在ON Semi方面，公司新能源車主驅逆變器碳化矽(SiC)模組的單車架質量已經高達700美元，再加上ON Semi在主驅逆變領域於Tesla不斷獲得驗證，同時在太陽能領域部分也與全球領先的七家逆變器廠商簽訂長約，顯然ON Semi以車工規能效解決專家聞名，持續朝向All in SiC方向邁進。
至於STM、Rohm則是各有所長，前者是碳化矽(SiC)國際的龍頭廠商，且隨著STM收購瑞典晶圓製造商Norstel，得以提升對於碳化矽(SiC)晶源自供的能力，並預計2023年STM可進行8吋廠商業化的生產，顯然公司因產能擴展得以提升整體競爭力；而後者Rohm，則是採取擴產、收購、與車廠建立戰合作夥伴關係的策略，除了2010年收購碳化矽(SiC)廠商—SiCrystal外，2020年也推出針對電動汽車優護的第四代1,200V碳化矽(SiC)MOSFET，更重要的是Rohm在2021~2025年投入10~13億美元，將使得未來碳化矽(SiC)產能可望擴充六倍。
●中國第三類半導體業者雖然期望後發先至，但由於技術研發與製造人才培養周期長，導致人才長期短缺，因此中國與國外企業仍有相當程度的技術差距，僅是未來的發展進程仍值得關注
由於中國半導體業在近年來成為美中兩強科技戰遭到鎖定的焦點，頻頻遭受美方各項管制措施，因此對岸也期望能透過第三類半導體業的發展，來實現彎道超車的機會。但因第三類半導體業現階段佔整體全球整體半導體業的比重仍過低，加上中國本身在第三類半導體技術發展過程中遇到相當大的技術瓶頸，且現階段市場版圖遠小於海外其他廠商，市場認可度低，同時專利和論文實際的產出成果仍有一段距離，等同技術創新的轉化率較低，故目前中國第三類半導體產品被應用市場客戶選擇時經常處於被動的備選地位，顯然與國際大廠在第三類半導體市場呈現主宰地位有相當大的差距(請參考表四)。
表四 中國第三類半導體在各環節與國際大廠水準的差距
資料來源：未來智庫，集微諮詢，華安證券研究所，2022年10月
有鑑於此，中國政府則持續祭出官方扶植力道(請參考表五)，期望在國家支持下能快速發展第三類半導體，因而中國除了建立第三類半導體材料及應用聯合創新基地，企圖搶佔半導體戰略新高點外，也希望透過境內本身的5G、新能源車快速滲透率拉升的背景，更重要的是藉由法規政策來進行扶植，例如2021年3月，十四五規劃中特別提出第三代半導體要取得發展，而2021年8月，工信部將第三代半導體納入“十四五 ”產業科技創新相關發展規劃，皆是盡量讓中國第三類半導體能盡快茁壯。
表五 中國對於第三類半導體所祭出的扶植相關政策與措施
資料來源：工信部，國務院，商務部，新華網，華安證券研究所，2022年12月
值得一提的是中國第三類導體廠商的發展情況，對岸業者也期望仿效海外業者以IDM的型態來發展該類市場，例如三安光電、泰克天潤、基本半導體等，希望能完善垂直整合能力來強化競爭力，主要係因第三類半導體設備相比矽晶圓製造較為便宜，產線資本投入門檻相對較低，況且受益於成熟的半導體技術，碳化矽(SiC)器件設計相對不複雜，另外掌握上下游整合能力，可以加速產品反覆運算週期，有效控制成本以及產品良率所致。以中國碳化矽(SiC)IDM大廠—三安光電來說，涵蓋從碳化矽基板、外延、設計、製造、封裝測試的全部流程，事實上，三安光電2021年6月，湖南三安半導體正式投產，總投資達到160億元，擁有碳化矽(SiC)晶體生長到功率器件封測的全產業鏈生產能力，公司月產能達到3W片6吋碳化矽(SiC)晶圓。
而中國第三類半導體除了IDM型態之外，尚包括碳化矽基板環節的天岳先進、露笑科技、天科合達，以及外延環節的東莞天域、瀚天天成，至於器件環節的則有斯達半導體、時代電氣、新潔能、華潤微、士蘭微、揚傑科技、聞泰科技、捷捷微電等。其中在達斯半導體方面，公司則是期望力鞏其在碳化矽(SiC)車規工率模組廠商的領先地位，因而達斯半導體已與多家車企及Tire1供應商達成合 作，實現部分專案定點，也就是說公司在碳化矽(SiC)模組上與小鵬達成合作，進入車企800V高壓平台，同時斯達半導體也和Wolfspeed合作開發1200V碳化矽(SiC)，其模組已進入宇通客車電控系統供應鏈，顯然品牌效應已初見成效。
參、台灣第三類半導體產業發展現況與未來之機會、挑戰概況
●台灣目前在第三類半導體產業的發展以四大陣營為主，多以積體電路製造業者為主，積體電路設計、半導體封裝及測試等環節較弱
台灣在第三類半導體業的發展情況，相較於歐美日皆以IDM廠的型態為主之態勢有所不同；我國第一類半導體以專業分工型態為主，像是台積電、聯發科、南亞科、華邦電、日月光投控、力成、頎邦等，第二類半導體則是以晶圓代工的業者表現最為突出，例如穩懋、宏捷科，而第三類半導體國內目前則是以製造端較強，包括台積電、世界先進、穩懋、宏捷科、漢磊、朋程、茂矽等多有所投入，但積體電路設計、半導體封裝及測試等環節較弱。
更深入來說，台灣第三類半導體方面(代表廠商包括穩茂、宏捷科、漢磊、敦南、朋程、台積電、世界先進、茂矽、晶成、台亞半導體、精材)，目前國內有四大陣營，首先是台積電、世界先進，以布局氮化鎵晶圓代工為主，其中台積電除了與STM合作生產車用GaN功率元件與IC，包括Navitas及GaN Systems亦在台積電投片生產100V及650V高壓功率元件；第二陣營則是聯電、頎邦，以氮化鎵晶圓代工、晶圓凸塊及WLCSP為重；再者為環球晶、宏捷科、朋程陣營，以氮化鎵與碳化矽晶片設計、晶圓代工、磊晶基板為主；至於漢磊、嘉晶則琢磨於氮化鎵與碳化矽晶圓代工、磊晶基板；藉由上述各陣營發展來看，台灣各半導體大廠與集團紛紛攜手祭出組合拳，配合台灣電子產業鏈在IT領域的基礎，相信未來我國在全球第三類半導體市場將扮演一定的角色。
值得一提的是，台灣目前在第三類半導體業的發展仍是以積體電路製造業者的進程最為領先，其中台積電已運用8吋廠為STM生產車用的半導體晶片，未來預計將有機會再爭取到國際IDM大廠訂單，顯然台積電可利用電動車的媒介，順利將競爭優勢由第一類半導體延伸至第三類半導體領域；而漢磊的650伏特高壓氮化鎵，則已通過電動車的車用認證；再者穩懋為搶攻第三類半導體商機，斥資850億元進駐南科高雄園區；世界先進因擁有大量8吋設備而大力發展矽基的氮化鎵晶片製造技術，以提升附加價值；茂矽正在積極發展氮化鎵的快充技術；至於宏捷科引入中美晶集團入股，雙方已針對氮化鎵積極展開合作，並進行上下游策略結盟，由環球晶提供原料、宏捷科負責生產，此皆凸顯宏捷科積極佈局第三類化合物半導體市場的決心。
●台積電有機會搶攻未來電動車第三類半導體產業的成長大趨勢，但台灣在相關的材料、人才、完整生態系仍有待強化，此才有機會在第三類半導體佔有優勢的利基地位
若就第三類半導體業者在車用市場的布局方面(代表廠商包括穩懋、宏捷科、漢磊、敦南、朋程、台積電、世界先進、茂矽、晶成)，台積電在矽基板氮化鎵上，2020年已開發出150伏特和650伏特兩種平台，顯然台積電有機會搶攻未來電動車第三類半導體的成長大趨勢，特別是2020年2月台積電已運用8吋廠為STM生產車用的半導體晶片，未來預計將有機會再爭取到國際IDM大廠訂單，顯然台積電可利用電動車的媒介，順利將競爭優勢由第一類半導體延伸至第三類半導體領域；世界先進因擁有大量8吋設備而大力發展矽基的氮化鎵晶片製造技術，以提升附加價值；惟國內在車用第三類半導體的發展仍未如歐美廠商，甚至面臨中國加速追趕，仍值得留意。
整體來說，碳化矽、氮化鎵皆可改進電動車電子元件材料問題，但量產速度緩慢、成本較高仍使未來三~五年電動車仍將以傳統矽基材料元件為主流，不過由於第三類半導體未來在車用應用領域將有一定發揮的空間，因而台廠仍積極進行布建；特別是台積電與STM合作加速氮化鎵技術開發，搶攻電動車新商機，以及漢磊：650伏特高壓氮化鎵已通過電動車的車用認證，同時穩懋為搶攻第三類半導體商機，斥資850億元進駐南科高雄園區等。
事實上，有鑑於第三類半導體如氮化鎵、碳化矽等目前佔全球半導體業比重僅1%，顯然市場仍在發展初期，但由於中國在第一類與第二類半導體布局嚴重落後，在十四五規畫中，則已規劃投資10兆人民幣來發展第三類半導體，顯然對岸來勢洶洶的布局仍不可忽視；台灣半導體業界應積極就材料、人才方面盡快著手進行佈署，畢竟高頻電路設計需要數學、物理、電磁波理論基礎，功率IC設計需機電整合背景，設計人才非常稀有，況且台灣也需要突破基板製造的技術，更要就第三類半導體建立完整的生態系，才能穩固台灣在半導體界的競爭優勢。在此情況下，SEMI率先拋出力推台灣第三類半導體國家隊成形，顯然面對第三類化合物半導體崛起的商機，台灣應結合展官學的力量，讓台廠能在第三類半導體發展初期能搶奪先機，佔有優勢的利基位置。