摩爾定律限制硅半導體發展，化合物半導體材料成新解？

傳統硅半導體因自身發展侷限和摩爾定律限制，需尋找下一世代半導體材料，化合物半導體材料是新一代半導體發展的重要關鍵嗎？

化合物半導體材料的高電子遷移率、直接能隙與寬能帶等特性，恰好符合未來半導體發展所需，終端產品趨勢將由 5G 通訊、車用電子與光通訊領域等應用主導。

手機通訊領域帶動砷化鎵磊晶需求逐年提升

根據現行化合物半導體元件供應鏈，元件制程最初步驟由晶圓制造商選擇適當特性的基板（Substrate），以硅、鍺與砷化鎵等材料做為半導體元件制程的基板，基板決定后再由磊晶廠依不同元件的功能需求，于基板上長成數層化合物半導體的磊晶層，待成長完成后，再透過 IDM 廠或 IC 設計、制造與封裝等步驟，完成整體元件的制造流程，最終由終端產品廠商組裝和配置元件線路，生產手機與汽車等智慧應用產品。

元件產品依循化合物半導體材料特性（如耐高溫、抗高電壓、抗輻射與可發光）加以開發，將終端市場分為 5 個領域：電源控制（Power Control）、無線通訊（Wireless）、紅外線（Infrared）、太陽能（Solar）與光通訊（Photonics）。

近年手機通訊領域蓬勃發展，帶動無線模塊關鍵零組件濾波器（Filter）、開關元件（Switch）與功率放大器（Power Amplifier）等元件需求成長；而砷化鎵材料因具有低噪聲、低耗電、高頻與高效率等特點，已廣泛應用于手機通訊并占有重要地位，帶動砷化鎵磊晶需求逐年提升。

化合物半導體磊晶廠未來發展

針對化合物半導體未來的終端市場需求，依照不同元件特性可分為傳輸和無線通訊的 5G 芯片、耐高溫與抗高電壓的車用芯片，以及可接收和回傳訊號的光通訊芯片三大領域。藉由 5G 芯片、車用芯片與光通訊芯片的元件開發，將帶動未來磊晶廠營收和資本支出，確立未來投資方向。

由化合物半導體發展趨勢可知，未來元件需求將以高速、高頻與高功率等特性，連結 5G 通訊、車用電子與光通訊領域的應用，突破硅半導體摩爾定律限制。

（Source：拓墣產業研究院，2019.3）

硅半導體元件因受限于電子遷移率（Electron Mobility）、發光效率與環境溫度等限制，難以滿足元件特性需求，因此當化合物半導體出現，其高電子遷移率、直接能隙與寬能帶等特性，為元件發展的未來性提供新契機。

隨著科技發展，化合物半導體的元件制程技術亦趨成熟，傳統硅半導體的薄膜、曝光、顯影與蝕刻制程步驟，皆已成功轉置到化合物半導體，有助于后續半導體產業持續發展。

三星開始量產5G芯片

三星宣布已經開始量產該公司的5G芯片，涵蓋調制解調器芯片Exynos Modem 5100、無線射頻收發芯片Exynos RF 5500，以及電源控制芯片Exynos SM 5800，這3款芯片皆同時支援5G NR的sub-6 GHz頻段及舊有的無線存取技術，宣稱可替行動裝置制造商提供5G時代的最佳通訊解決方案。

當中的Exynos Modem 5100是三星最早發表的5G芯片，除了支援5G-NR R15規格中的sub-6GHz與毫米波（mmWave）頻段之外，也支援2G的GSM/CDMA，3G的WCDMA、TD-SCDMA、HSPA，以及4G LTE。

根據外電報導，在南韓銷售的Galaxy S10 5G即采用了Exynos Modem 5100，但海外的Galaxy S10 5G有些可能會采用高通的X50調制解調器芯片。

至于Exynos RF 5500無線射頻收發器則是智能型手機透過行動網絡傳遞資料的關鍵元件之一，它具備14個下載接收路徑，支援4×4 MIMO與256 QAM以最大化5G網絡的傳輸速率。

Exynos SM 5800則能根據調制解調器的射頻輸入訊號動態調整供應電壓，最多可減少30%的電力使用。