下一座护国神山:次世代高功率与高频化合物半导体
电子系邱显钦老师
人工智慧(AI)是目前全球科技最熱門的題目，對人們的生活影響無遠弗屆，而AI算力則是其最重要的指標。AI資料中心(date center)之耗能，根據國際能源署(IEA)預估，在2035年將佔全球5%的用電量，因此資料中心的電源供應效能是節能市場兵家必爭之地！未來AI小型化所需高效率電源供應器，必須仰賴次世代半導體功率元件之高崩潰電壓、高散熱效率、低開啟電阻及高切換速度等特點。次世代半導體功率元件不僅可用於資料中心電源，應用範圍也包含電動車用馬達、逆變器、車載充電器、電池管理系統及充電樁等。另外在行動通訊領域方面，為了讓偏僻郊區、海面航行船隻及飛行中的飛機等通訊死角皆可使用行動通訊，目前第五代行動通訊(5G)需要發展低軌衛星通訊，如最近火紅的SpaceX公司星鏈(Starlink)低軌衛星通訊計畫，其瓶頸是地面裝置與低軌衛星的通訊頻率高達28-39 GHz (Ka頻段)，微波通訊晶片發射功率密度須大幅提升，才能與低軌衛星連結。
高效率础滨资料中心伺服器电源晶片、电动车驱动模组晶片与低轨通讯收发模组晶片，都需要使用氮化鎵（骋补狈）及碳化硅（厂颈颁）等新型宽能隙半导体材料。因此2024年底行政院向立法院提出的最新科技施政报告提到，台湾要持续发展化合物半导体，推动高功率及高频元件自主化，期望建立第二座半导体护国神山。基於产业需要，电子系邱显钦教授在工学院长期支持下，主持化合物半导体无尘室与微波毫米波晶片实验室，过去六年陆续争取到国科会挹注近叁千万经费，执行半导体射月计画、次世代化合物半导体前瞻计画及晶创计画之高效能晶片关键技术与创新应用旗舰计画。所开发出氮化鎵功率元件可承受1500伏特电压，电流乘载高达100安培，切换频率超越硅功率元件之0.13惭贬锄并达到1惭贬锄，单位面积效能较传统硅元件提升30%以上，也陆续开发出适用於驱动础滨伺服器电源与电动车的氮化鎵功率晶片(图1)及低轨卫星收发通讯晶片之氮化鎵微波功率元件(图2)。除了上述研究成果，邱教授并与台积电、联电、世界先进、晶元光电、欣兴电子及台达电等公司密切交流，增加本校与电子产业界共同合作的机会，以强化台湾重点产业之竞争力。
