依據《經濟學人（The Economist）》的報導：對內，台灣半導體產業貢獻了15％的GDP，教育部甚至在高中推動半導體課程；對外，產出了全球60％的晶片，甚至產出了90％的先進晶片（Advanced chip），讓「半導體」儼然成為台灣在國際間的代名詞。近年來，「第三代半導體」更是成為國際間發展的重要目標。要了解「第三代半導體」，得從「半導體」開始了解。
撰文／許世穎 圖片提供／Shutterstock
金屬這種會導電的材料，稱為「導體（Conductor）」，而橡膠這種不會導電的材料，則稱為「絕緣體」。然而，有這麼一種材料，熱的時候導電效果好，冷的時候則導電效果差。這種材料不算導體也不算絕緣體，導電效果又介於這兩者之間，並會受到外界溫度的影響，因此被稱為「半導體（Semiconductor）」。
這些半導體材料若摻雜一些不同的原料，並且經過適當的組合以後，就可以製造出「電子元件」，能藉由外界給的電來控制它們的導電效果。可以用電燈開關來想像這些元件，電燈開關是利用手來控制電燈有沒有通電，而電晶體則利用另外給的電來控制，如此一來就能做到「用電控制電」的效果。
若再更進一步把一堆電子元件放在一塊小小的板子上，並且由特殊的方法刻上設計好的電路，就成為了我們所說的「積體電路（Integrated Circuit, IC）」，又被稱為「晶片（Chip）」。每片晶片有著自己的功能，電器裡面往往有著數量不等的晶片，就連一台遙控器玩具車，裡面也有著控制馬達的晶片，以及負責無線通訊的晶片。在這個離不開電器的時代，半導體晶片已成為生活中不可或缺的一部分。
把一堆電晶體及其他電子元件等放在一塊小小的晶圓上，並藉由特殊的方法將設計好的電路刻在板子上， 就成了我們所說的「積體電路」。
半導體的材料發展
早期的半導體晶片都是以單一元素為材料。最早成熟的半導體晶片的原料是「矽（Si）」元素，直到現在，「矽」做出來的半導體晶片仍占多數，後來人們發現，多元素組合成的「化合物」也能作為半導體，又稱為「化合物半導體」。化合物半導體的出現具有劃時代的意義，就像是球賽單打和雙打一樣，單打就看單一球員的實力，而雙打則多了更多的變化，人們開始將更多元素組合起來，測試各種化合物作為半導體材料的可能性與特性。
最早大規模生產的半導體材料是「矽」、「鍺（Ge）」等這些單一元素，因此又被稱為「第一代半導體」；後來出現的「砷化鎵（GaAs） 」、「磷化銦（InP）」等則被稱為「第二代半導體」；由於這些材料各自有適合使用的領域，因此也有些時候偏好以「第一類」、「第二類」半導體來稱呼。
後來，「第三代（類）半導體」出現了，代表性的材料為「碳化矽（SiC）」與「氮化鎵（GaN）」。第三代半導體是當今國際半導體研究的熱門材料，其主要應用在能源相關的領域。根據市場分析研究機構「集邦科技（TrendForce）」的預估，第三代半導體在能源方面的市場規模，將從2021年的9.8億美元增長到2025年的47.1億美元，年增長率（CAGR）達到 48%！
第三代半導體：新時代、新能源
為什麼第三代半導體能獲得如此的青睞？其原因就出在這些材料的特性上。「碳化矽」與「氮化鎵」做出來的半導體擁有比較寬的「能隙（Band Gap）」，因此又被稱為「寬能隙半導體（Wide-bandgap semiconductor, WBGS）」。「寬能隙」有什麼好處？要知道，當我們對半導體通以較高的電壓時，是有可能把半導體燒壞的，而「寬能隙」的特色，則讓這些半導體得以耐受更高的電壓。在能耐受高電壓的基礎之上，寬能隙半導體還具有耐高溫、低耗能的效果，而這正好完美符合現在的全球共識。
由於氣候變遷等議題逐漸受到重視，「節能減碳」、「淨零碳排」等已成為全球共識，如何更加妥善地運用能源成為重要的課題，而電動車更是在這樣的環境下蓬勃發展。電動車是利用電能來控制車輛，由於涉及電的控制，半導體自然是重要的關鍵。無論是涉及電能的（更加省電、充電更快等），還是希望電動車擁有更多功能（輔助駕駛、自動駕駛、串接物聯網、人工智慧等），這些都需要各式各樣的半導體晶片才有可能做到，而能承受高電壓，耗能又低的第三代半導體就成為了關鍵。
經濟研究院在2023年的專論中指出，相較於第一代半導體完善供應鏈，台灣在第三代半導體目前以製造端較強，而積體電路設計、半導體封裝及測試等環節較弱，為了持續掌握台灣在國際半導體產業的話語權，需要更多的產、官、學的投入。
SEMICON Taiwan2023的技術節錄
2023年在台灣所舉辦的「SEMICON Taiwan 國際半導體展」中，數位講者就發表了關於第三代半導體技術的討論，紛紛提到了第三代半導體在電動車的重要性，以及其單位所進行的研究，包括3D感測、車輛開發等。
除了電動車以外，來自Beneq公司的Patrick Rabinzohn博士介紹到利用「原子層沉積 Atomic Layer Deposition, ALD）」技術來製作碳化矽電晶體（精確來說，為SiC MOSFET）的技術，「原子層沉積」的意思是：在製作晶片時，一次一層原子墊上去，有點像麵包和千層派的差別，藉由這樣一層一層的精密控制，就能夠提升此種碳化矽電晶體的性能與壽命。
來自牛津儀器（Oxford Instruments）的Ian Wright則介紹了「電漿拋光（Plasma Polishing）」技術，又稱為「等離子拋光」，這是一種藉由電漿來將表面變得光滑的技術，過去經常用於金屬表面，而講者則講述將其用在拋光碳化矽表面的技術，以「穩定、環保、有效益」來強調這種技術對於碳化矽半導體製程中的重要潛力。
目前對於第三代半導體的量產，全球都還在摸索階段。藉由SEMICON Taiwan國際半導體展的交流，使台灣在第三代半導體上的發展能夠持續與國際鏈結。