半導體新材料主導權爭奪拉開序幕
2021/09/08
調查公司法國Yole Developpement預測稱,採用碳化矽的功率半導體的市場規模到2026年將增至2020年逾6倍的44億7820萬美元。
此外,此前成為普及障礙的與矽的價格差也在縮小。名古屋大學的山本教授指出,由於市場形成帶來的量産效果等,「截至5年前達到10倍左右的價格差到目前縮小至2倍左右」。還出現推進碳化矽基板的大口徑化的企業,存在成本進一步下降的空間。
在日本企業中,羅姆提出到2025年度在採用碳化矽的半導體市場掌握全球份額3成這一目標。該公司2010年在世界上首次量産碳化矽制電晶體,一直主導實用化。2009年收購的德國SiCrystal公司涉足碳化矽基板,從材料開始構建了一條龍生産體制。
羅姆採用碳化矽材料的半導體 |
羅姆計劃將産能相比2019年度提高至5倍以上,最近在福岡縣的主力工廠建成了新廠房。據稱已有數款預定今後上市的純電動汽車決定採用。還與中國汽車廠商吉利汽車在新一代半導體領域展開了技術合作。羅姆董事伊野和英錶示,「此前為了推動碳化矽市場的形成,各半導體企業一直展開合作,但目前終於進入了企業之間展開競爭的階段」。
猶如追趕碳化矽一樣,各種新材料的應用開發正在推進。強有力競爭者之一是氮化鎵。這是作為藍色發光二極體(LED)的基板而開發出來的源自日本的技術,如果應用於功率半導體基板,與矽相比,有望將電力損失減少至10分之1左右。即使與碳化矽比較,也具有能支援高速運動等的優勢。
在充電器等部分用途上,實用化正取得進展,但大部分為與矽等其他材料結合的産品,並未充分發揮材料本來的性能。大阪大學的森勇介教授等人的研發團隊正在攜手豐田合成等,聯合開發僅用氮化鎵、穩定量産直徑6英吋晶圓的技術。
半導體微細化面臨極限,需要新材料
新材料研發相繼展開的背景是,現有半導體的性能提高日趨面臨極限。此前,以半導體性能在18個月~2年裏提高至2倍的「摩爾定律」為基礎的電路微細化構成支撐,但有觀點認為,目前電路線寬已在5奈米(奈米為10億分之1米)以內實現實用化,物理極限已經臨近。
此外,節能化的浪潮也將推動研發。如果半導體的性能提高陷入停滯,純電動汽車和數據中心等有可能消耗巨大電力。晶片的堆疊等各種方式正在被嘗試,另一方面,取代矽的新材料也備受期待,處於研發階段的項目相繼推進。
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