擁3-5族化合物半導體創新量產技術 JUSUNG開創新市場

Semiconductor Equipment R&D Zone。JUSUNG

3-5族化合物半導體技術，將改變半導體、太陽能、顯示器市場的格局。開發及製造半導體、太陽能、顯示器等核心設備的JUSUNG Engineering，總經理黃喆周（Chul Joo, Hwang）日前全球首次展示了無論下層基板的種類和製程溫度，皆可形成 Transistor Channel的3-5族化合物半導體製程量產技術，並提出了克服矽基板製程微細化極限的替代方案，已經在半導體市場掀起風暴。JUSUNG計劃將應用3-5族化合物技術的次世代ALG（原子層沉積）設備投入半導體量產製程，並將該技術擴大應用於太陽能、顯示器等業務，以創造新市場。據悉，已有多家企業積極要求進行技術合作。

當前全球半導體產業隨著半導體超微細化競爭的加劇，Tech-Migration正迅速進行中。半導體產業中的Tech-Migration指的是在8寸、12寸晶圓等有限的空間內建造更多半導體晶片的技術。也就是說，在半導體產業的初期，若在一片矽晶圓上只能建造一個晶片，隨著不斷縮小電路線寬，在相同面積的晶圓上可以建造2個、4個、8個、16個等更多的晶片，從而提高生產力和收益。

為了在有限的晶圓上不斷建造更多的晶片，線寬已經縮小到奈米級別。然而，在矽晶圓上的Tech-Migration已經成為無法顯著提高生產力和收益的技術難題。此外，目前半導體 Transistor Channel仍只能在矽基板上形成，作為矽的替代品，各種基板仍在持續進行研究。

JUSUNG致力於研發的3-5族化合物半導體，是一種克服上述問題的創新技術，預計將為未來的半導體產業以及太陽能、顯示器產業提供嶄新方向。

3-5族化合物半導體是利用結合元素週期表中第3族和第5族的元素來代替矽，其物質特性使得即使不經過額外的製程微細化，也能提高電子和空穴的移動速度，最大限度地實現其功能。

相較於矽半導體，其電子移動率（Electron Mobility）為1,400㎠/V.s，空穴移動率（Hole Mobility）為600㎠/V.s，而3-5族化合物GaN半導體的電子移動率為2,000㎠/V.s， 電洞移動率為2,000㎠/V.s，與傳統的矽半導體相比，電子與電洞移動速度顯著提升，能大幅減少功耗和發熱量。

JUSUNG表示，「現有的3-5族化合物半導體必須在1000度以上的高溫下，並且需要下層結構和材料的高品質支持才能實現，但因為含有較高的碳含量，導致晶體缺陷多且薄膜厚度較厚。JUSUNG通過克服這些技術限制的設備和製程技術創新，使得在400度以下低溫無論下層材料種類如何，都能無缺陷地讓薄膜生長。」

JUSUNG 技術人員補充說明，「3-5族化合物可以在低溫下實現技術，因此即使進行堆疊，電路也不會熔化。通過ALG設備來沉積3-5族化合物，並能重複地向上堆疊。此外，不僅僅在傳統的單晶矽晶圓上，還可以在其他基板上無缺陷地生長，實現了生產效率的提升和成本創新」 。3-5族化合物由於其物質特性，電子移動速度更快，被認為可以實現比矽更優秀的半導體效能。

該技術不僅限於半導體，還可以應用於太陽能和顯示器產業。太陽能技術是基於半導體技術將光能轉換為電能，而顯示器技術是基於半導體技術將電能轉換為光能，因此應用3-5族化合物技術可以在各種產業中產生超出預期的效果。

隨著3-5族化合物新製程的商用化，預計高效率太陽能電池產業將會迎來重大變革。利用3-5族化合物半導體可以將太陽能發電效率提高到45%左右，並且能在需要高效能太陽能電池的太空飛行器、衛星等航天技術中作為重要的能源。然而，目前航天工業使用的3-5族化合物基於高溫製程，生產成本高，難以商用。JUSUNG的創新技術克服了這些技術限制，將量產成本降低至原來的三十分之一，並實現了超過35%的發電轉換效率，預計可以替代全球30%以上的能源。

此外，3-5族化合物的ALG薄膜生長不含Carbon成分，因此即使在10nm以下的厚度，也能在大面積玻璃基板等上以低溫沉積，實現次世代無機發光顯示技術的創新。特別是能夠用玻璃基板取代高價的藍寶石晶圓，不僅大幅降低生產成本，還能實現比現有技術更小的微米（㎛）級畫素，加速未來顯示市場的發展。

JUSUNG Engineering推出的3-5族化合物半導體設備和製程據悉能直接應用於現有製程，許多企業對此表現出高度關注，並紛紛要求技術合作。

半導體創新技術的學術界專家評價
 
南韓許多學術界的專家們紛紛表態，JUSUNG開發的3-5族化合物半導體創新技術，將成為突破現有製造製程極限的「Game Changer」。

現任南韓首爾大學材料工學部榮譽教授，前任首爾大學半導體共同研究所所長黃哲成進一步表示，「JUSUNG最近開發的3-5族化合物半導體量產技術被評價為實現3D積層器件製作所需的關鍵技術，也是突破既有材料及製程領域常識的劃時代技術。在450度以下的製程溫度下，無需後續熱製程
，不僅可以在矽基板上，還可以在非晶基板上成功實現薄膜生長，預計未來將為克服記憶體和邏輯半導體器件的Scaling極限提供重要的里程碑。」

現任南韓漢陽大學融合電子工學部名譽教授，同時也是現任南韓半導體顯示技術學會會長朴載根表示，「JUSUNG此次推出的3-5族化合物半導體技術能夠克服先端DRAM及邏輯器件、Micro LED的集成度及製造製程極限，我認為這是一項將成為發揮『Game Changer』作用的創新技術。首先，在DRAM領域，我認為這項技術是能夠克服Scaling-down技術極限的Game Changer，並且通過應用新概念的III-V族化合物半導體電晶體，可以實現3D積層型DRAM。」

現任成均館大學電子電氣工學部教授，也是前任電氣電子材料學會會長與前任韓國新能源學會會長的李準信教授進一步評價：「JUSUNG開發的3-5族化合物半導體技術是一項能夠以低成本大規模量產高效、高輸出發電源的關鍵技術。若該技術未來應用於超高效太陽能電池的量產，將帶來世界性的技術變革。特別是該技術若應用於太陽能電池量產，不僅可以在矽基板上，也可以在玻璃基板或陶瓷等低成本基板上實現外延生長。這是一項至今世界上任何國家都未能實現的極限技術，預計將來會成為解決未來能源安全問題和實現碳中和的重要關鍵技術。」

作為能夠克服邏輯器件Scaling-down技術極限的Game Changer，該技術通過實現3D積層Logic Device集成化，能夠為2nm以下級別的邏輯器件集成化所面臨的高技術難度和高製程成本提供新的解決方案。

該技術還可以擴展到次世代顯示技術領域，未來有望成為Micro-LED顯示器的Game Changer。特別是通過應用玻璃基板上的綠色、藍色、紅色LED製造技術，實現無轉印方式的Micro-LED顯示器，這不僅能提高電晶體的效能，還可以大幅改善既有轉印方式技術所帶來的高生產成本，從而加速未來顯示器市場的開花結果。

關於 JUSUNG Engineering

成立於1993年的JUSUNG Engineering，是在半導體、顯示器和太陽能核心前段製程設備領域中，實現南韓設備產業全球化的公司。在1990年代初，儘管南韓的尖端半導體元件迅速成長，但所有的半導體核心前段製程設備仍完全依賴於海外進口。JUSUNG憑藉自主技術成功開發了半導體沉積設備及其零組件，這項技術不僅取代了進口技術，還實現了海外出口，引領了全球化。

JUSUNG通過與主要客戶如半導體元件企業、顯示器面板企業及主要合作夥伴的創新技術開發，創造了共同成長的模式，不僅協助南韓在半導體和顯示器領域中創造競爭力，並奠定了促進南韓設備產業發展的基礎。

截至2024年第1季度，JUSUNG的全體員工中約有67%從事研發工作，擁有24項世界首創技術，累計專利數量達到了約3,130件以上。此外，公司每年將銷售額的15-20%不斷投入到創新中，從而確保技術競爭力，並建立了中長期可持續成長的基礎。