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将「硅」谷转化成「镓」谷的男人?利多与 EPC 对硅晶片产业的挑战

2020-07-04 06:29

将「硅」谷转化成「镓」谷的男人?利多与 EPC 对硅晶片产业的挑战

半导体已发展超过 60 年,硅(Silicon)一直被认为是半导体产业中最重要的核心材料,甚至硅谷的名称由来也是源自于它,许多数十亿美元的大企业都是从硅谷发迹,但以硅为半导体材料的时代会被终结吗?尤其当着名的摩尔定律现阶段面临极大的挑战时,下一世代同时保有低成本和高效能的半导体晶片将会是什幺?有一个男人立志将「硅」谷转化成「镓」谷,他是加州新创公司 Efficient Power Conversion(简称 EPC)的创办人兼执行长利多(Alex Lidow)。

1977 年,当时利多还是 22 岁的史丹佛大学研究生,发明了称做 HEXFET 的功率半导体电子元件。这项发明不只让他的家族企业国际整流器(International Rectifier*)获得超过 9 亿美元的专利授权费,也让他的祖父及父亲成为半导体业界的重量级人士。利多很早就名利双收,却在中壮年时期被迫离开他的家族企业,跌至人生低谷,却也激起他不服输的个性,驱动他改变产业的现况。

*注:成立于 1947 年的美商国际整流器已于 2014 年间被功率电子元件龙头德商英飞凌(Infineon)收购。从家族起头的材料之战

利多从 1999 年开始担任国际整流器的执行长,但他和他父亲却在 2006~2007 年间相继离开国际整流器,官方说法是因为国际整流器的海外分公司被调查出疑似假帐,此事件让利多黯然离开公司,放弃原本一手建立的基业。这件事情对他造成深远的影响,他说:「我被国际整流器开除后,我父亲也在几个月后被赶出公司。当时我已经 52 岁,所有的一切却必须重新来过。」

不久之后,他选择求学时的梦想──寻找可取代硅的材料,做为东山再起的筹码。他在 2007 年成立新创公司 EPC,专注在以新兴材料氮化镓(Gallium Nitride)为主的半导体电子元件上。利多说:「我要拚了命的成为他们的噩梦,EPC 的主要产品将专注在氮化镓电子元件及积体电路,这些产品将和国际整流器的产品在市场一较高下。」虽然利多离开国际整流器,他们之间的官司仍争议不断,甚至还延续他所成立的 EPC 上。法院判决 EPC 到 2013 年以前,都必须支付国际整流器专利授权费。

将「硅」谷转化成「镓」谷的男人?利多与 EPC 对硅晶片产业的挑战 Alex Lidow。后硅材料时代?

加州圣塔芭芭拉大学电机系教授 Umesh Mishra 指出:「电源供应器和电源转接器都急需一个崭新及高效率的技术,如果当所有电源相关半导体晶片都使用氮化镓晶片,每年全世界可以节省约 40 座核电厂所生产的电力。」以氮化镓为材料的半导体晶片,其开关切换速度比硅半导体晶片更快,这项特性能让电力转换系统以更有效率、更节省空间的方式设计,未来可应用在无线充电、电脑、智慧型手机、无人车和无人飞机的 LiDAR 导航装置中。

虽然 15 年前科学家已经在研究室成功生长出氮化镓半导体材料,但直到几年前才开始将氮化镓成功使用在功率半导体晶片中。利多在和彭博社的专访中谈到:「氮化镓半导体晶片最大的优势就是能成长在大面积的硅晶圆上,这样一来可以使用和硅半导体相同的设备和製程,大幅降低成本。」

对 EPC 及其他研发氮化镓的公司而言,最大的竞争其实是已经有超过数十年基底的硅材料半导体,但利多似乎毫不畏惧这一事实,他的办公室充满了各种氮化镓的展示品和宣传手册。EPC 的其中一个联合创始人是台湾汉民集团创办人及董事长黄民奇,因为他的关係,EPC 有许多台湾、中国、南韩和日本的客户,目前有超过 50% 的产品销售到东亚市场。

EPC 不是唯一专注在研发氮化镓技术的公司,其他公司包括 GaN Systems、Cambridge Electronics、Transphorm 等,其中 Transphorm 的创办人就是 Umesh Mishra 教授。半导体大厂如英飞凌(Infineon)、松下(Panasonic)、安森美半导体(ON Semiconductor)、台积电(TSMC)也都有投入氮化镓半导体晶片的研发。虽然氮化镓技术的成本已和硅材料相去不远,但以氮化镓为基础的晶片和系统仍处于相对初期的开发阶段,硅材料仍以长期且大规模的研发资金加上完善的製程设备等,而佔有很大优势。

目前,EPC 生产大约 100 种符合不同系统需求的氮化镓晶片,拥有超过 500 家客户。利多表示:「EPC 目前已经佔据了超过 90% 的新兴氮化镓晶片市场。儘管目前为止 EPC 有个强而有力的开端,但要挑战硅材料在半导体市场的霸主地位,还有很长的路要走。」他认为未来几年内若能成功将无线充电、无人车或无人飞机大规模商业化,将可进一步带动氮化镓半导体晶片销售的成长,并为他和其他新创公司带来其他机会。利多预估在接下来的几年,氮化镓半导体将可以从硅材料半导体中抢下 10 亿美元的市场。

虽然利多看好氮化镓的未来市场,但并非每一个人都那幺乐观。国际研究暨顾问机构 Gartner 指出,克服半导体产业对于硅材料的依赖性并非一件简单的事,尤其对于电脑和智慧型手机产业,这类型的产业需要高度稳定的半导体製程及电子元件。虽然氮化镓晶片具有相当吸引的材料特性,但仍需证明氮化镓晶片具有显着的性能优势和成本优势。

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