在2008年至2009之際，全球經濟正面臨金融風暴的席捲，而此同時，全球的氣候也正面臨嚴峻的挑戰，層出不窮的各種氣候異象，使得全球產業由生產製造端到消費端均開始密切關注節能環保的相關議題。根據國際能源署(International Energy Agency；IEA)所發布的2009年世界能源展望(World Energy Outlook；WEO)資料中指出，由於全球溫室氣體排放來源中65%來自能源的生產、傳輸與使用，能源是全球溫室氣體排放的主要來源，也是造成全球天候異常的元兇，從能源部分的相關改善措施下手刻不容緩，而目前所採取的方案則是集中火力於低碳科技上的相關投資。
隨著環保意識的抬頭，全球半導體產業則聚焦在提高產品效率、降低功耗、減少材料使用等相關技術之投入，以達到CO2排放減量之目的。另一方面，各國政府大力推動更強調節能環保訴求的電動車輛、再生能源系統發展，帶出更高規格的元件需求。碳化矽(Silicon Carbide；SiC)元件則由於具備高導熱特性，加上其材料的寬能隙(Wide Band Gap)特性可耐高壓、可承受大電流，適合應用在高溫操作的功率元件領域，而在近期受到較為熱切的關注。
本研究透過近期碳化矽元件發展狀態，了解碳化矽元件主要應用領域及主要應用系統對元件之需求趨勢，並就目前全球碳化矽供應狀態進行一全面整理研究。此外針對日本、歐洲、美國與中國大陸對於碳化矽元件及相關應用系統之發展進行策略盤點，以為我國發展策略之參考；最後則回顧我國半導體產業發展，奠基我國產業優勢提出在碳化矽元件上的發展策略。

目 錄

第一章　緒論 1-1
第一節　研究目的 1-4
第二節　研究方法 1-5
第三節　研究架構 1-6
第二章　碳化矽元件概述 2-1
第一節　碳化矽元件發展近況 2-1
第二節　碳化矽元件簡介與價值鏈概述 2-5
第三節　碳化矽元件材料特性比較 2-11
第四節　小結 2-16
第三章　從主要應用領域需求看碳化矽元件發展機會 3-1
第一節　碳化矽元件應用市場概況 3-1
第二節　LED照明應用領域 3-6
第三節　功率元件應用領域 3-34
第四節　小結 3-60
第四章　全球碳化矽元件供應與發展狀態 4-1
第一節　各國發展狀態與策略 4-1
第二節　全球供應鏈 4-13
第三節　小結 4-18
第五章　台灣碳化矽元件發展機會與策略 5-1
第一節　台灣發展碳化矽元件之產業環境分析 5-2
第二節　台灣切入發展之重要性與效益 5-7
第三節　台灣碳化矽元件發展策略與切入途徑 5-8
第四節　其他衍生關鍵議題 5-10
第六章　結論與建議 6-1


圖目錄

圖1-1 全球CO2排放來源分類與預測 1-2
圖1-2 電動車輛的推行對於全球CO2排放改善具重大效益 1-3
圖1-3 研究架構 1-7
圖2-1 碳化矽基板、功率元件與模組系統近期發展狀態 2-4
圖2-2 碳化矽特性與應用簡介 2-6
圖2-3 碳化矽元件價值鏈 2-7
圖2-4 Si/SiC/GaN元件材料特性比較 2-12
圖2-5 碳化矽晶體結構示意圖 2-13
圖3-1 2009年碳化矽相關元件市場與廠商分佈 3-4
圖3-2 全球照明市場與LED照明市場比重預測 3-10
圖3-3 2000~2009年全球HB LED市場趨勢 3-11
圖3-4 全球LED照明市場成長趨勢與產品比重 3-12
圖3-5 LED發光效率改善趨勢 3-13
圖3-6 LED單位成本發展趨勢 3-13
圖3-7 全球HB LED市場預測 3-14
圖3-8 Haitz Law—LED效能與成本關聯 3-15
圖3-9 LED順向導通電流與熱阻抗發展趨勢 3-15
圖3-10 高亮度高功率LED散熱課題 3-16
圖3-11 LED基板材料之熱膨脹與晶格常數分佈 3-19
圖3-12 晶能光電Si基板高功率GaN LED 3-21
圖3-13 LED基板材料與成本分析 3-22
圖3-14 LED生產成本結構趨勢 3-23
圖3-15 LED燈泡與傳統燈泡零售價格趨勢比較 3-23
圖3-16 LED照明價格與效率改善 3-25
圖3-17 CREE發展歷史與佈局狀態 3-30
圖3-18 OSRAM HB LED產品發展 3-32
圖3-19 Lumileds TFFC LED 3-33
圖3-20 功率半導體分類與定位 3-35
圖3-21 功率半導體市場規模預測 3-36
圖3-22 ISPSD 2010論文類別與數量統計 3-37
圖3-23 功率電晶體市場產品比重 3-38
圖3-24 MOSFET市場產品比重 3-39
圖3-25 電力電子系統電力損耗狀況 3-40
圖3-26 矽元件應用極限與碳化矽元件應用範圍 3-41
圖3-27 Si/SiC/GaN元件極限與目前發展效能比較 3-43
圖3-28 電力電子系統應用操作溫度需求與Si/SiC元件極限 3-44
圖3-29 SiC元件極限與目前發展效能比較 3-45
圖3-30 SiC元件應用系統比重分佈趨勢 3-46
圖3-31 Si元件與SiC元件PFC應用效率比較 3-50
圖3-32 Si元件與SiC元件PFC應用尺寸比較 3-50
圖3-33 全球電動車輛銷售市場預測 3-53
圖3-34 日系車廠與功率元件廠商SiC元件及模組合作計畫 3-54
圖3-35 SiC MOSFET與IGBT在PV Inverter應用效能比較 3-56
圖3-36 全球主要功率元件供應商與新材料元件技術投入概況 3-58
圖3-37 Mitsubishi Electric SiC功率元件開發規劃 3-59
圖4-1 全球CO2排放情境比較 4-2
圖4-2 DARPA計畫支援ZMP與大尺寸SiC基板發展 4-3
圖4-3 WBGS-RF Program規劃 4-4
圖4-4 HPE Program規劃 4-4
圖4-5 具備高效率與高功率密度的SiC元件 4-6
圖4-6 E3Car Project成員組成狀態 4-7
圖4-7 次世代Power Electronics技術開發計畫 4-8
圖4-8 NEDO與AIST、FUPET的計畫架構平台 4-9
圖4-9 日本SiC技術發展與應用的規劃藍圖 4-10
圖4-10 Si/SiC/GaN元件應用與定位 4-11
圖4-11 全球SiC功率元件市場預測 4-14
圖4-12 全球SiC功率元件供應鏈 4-15
圖5-1 台灣半導體產業發展歷程 5-3
圖5-2 台灣功率元件產業架構 5-4


表目錄

表2-1 碳化矽主要磊晶方法 2-8
表2-2 碳化矽材料特性比較表 2-14
表3-1 全球主要國家/地區白熾燈泡禁用時間表 3-7
表3-2 藍光LED常用基板導熱係數表 3-18
表3-3 藍光LED基板價格 3-25
表3-4 2009年全球高亮度LED封裝廠商營收排名 3-27
表3-5 2009年全球高亮度LED前五大排名--晶粒廠 3-28
表3-6 SiC功率元件主要應用系統及其主要需求元件規格 3-47
表3-7 PV Inverter效能比較 3-56
表5-1 台灣主要功率元件業者與產品佈局 5-6