下一座護國神山:次世代高功率與高頻化合物半導體
電子系邱顯欽老師
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AI資料中心伺服器電源晶片、電動車驅動模組晶片與低軌通訊收發模組晶片，都需要使用氮化鎵（GaN）及碳化矽（SiC）等新型寬能隙半導體材料。因此2024年底行政院向立法院提出的最新科技施政報告提到，台灣要持續發展化合物半導體，推動高功率及高頻元件自主化，期望建立第二座半導體護國神山。基於產業需要，電子系邱顯欽教授在工學院長期支持下，主持化合物半導體無塵室與微波毫米波晶片實驗室，過去六年陸續爭取到國科會挹注近三千萬經費，執行半導體射月計畫、次世代化合物半導體前瞻計畫及晶創計畫之高效能晶片關鍵技術與創新應用旗艦計畫。所開發出氮化鎵功率元件可承受1500伏特電壓，電流乘載高達100安培，切換頻率超越矽功率元件之0.13MHz並達到1MHz，單位面積效能較傳統矽元件提升30%以上，也陸續開發出適用於驅動AI伺服器電源與電動車的氮化鎵功率晶片(圖1)及低軌衛星收發通訊晶片之氮化鎵微波功率元件(圖2)。除了上述研究成果，邱教授並與台積電、聯電、世界先進、晶元光電、欣興電子及台達電等公司密切交流，增加本校與電子產業界共同合作的機會，以強化台灣重點產業之競爭力。
