你應該知道的是，川普步步進逼先打華為後打中芯，但是大陸有14億人口內需市場，禁令無法打垮大陸只能拖慢發展速度。第一代半導體比的是先進製程，第三代半導體比的是材料製造，材料製造是基礎工業，因此政府應該重視基礎工業：材料、機械、光學、化學等，同時讓半導體供應鏈在地化，才能提升產業競爭力，面對未來的挑戰。
外電引述消息指出，大陸將在10月召開的19屆五中全會提出「十四五(2021~2025年)規劃」，也就是第14個5年發展計畫，將投資10兆人民幣發展包括無線網路、人工智慧等技術領域，其中因應美方制裁，大陸將全力支持包含第三代半導體在內的半導體產業。到底什麼是「第三代」半導體？第一代和第二代半導體又是什麼？台灣在第一代半導體領先，那麼在第三代半導體也穩贏嗎？事實恐怕和你想的不一樣！
川普步步進逼 先打華為後打中芯
美國的總統大選原本是自己的事，卻因為川普民調落後搞到全球雞飛狗跳，川普步步進逼先打華為後打中芯，媒體報導國際半導體產業協會(SEMI)將致函美國商務部長，如果中芯遭列入黑名單，大家將更難供貨中芯，從而危害美國科技的領先地位，因為此舉將使世界各國認為美國供貨「不可靠」，衝擊美商在世界各地的市場占有率。（延伸閱讀：華為受害股來了！PCB廠相互停產台灣產線、600正職員工全資遣！）
總之打貿易戰是七傷拳，傷別人也傷自己，高通的晶片不能賣給華為損失也不小，讓華為的高階訂單全部轉給聯發科，造成聯發科短短三個月股價爆漲二倍，高通不甘心白白便宜了聯發科，因此向美國政府告狀把聯發科拖下水，現在聯發科也無法出貨給華為了！（延伸閱讀：將軍！日經獨家：台積電不再接受華為新訂單）
華為的訂單無法使用台積電的先進製程，只好把希望全部放在中芯，讓中芯在短短兩個月股價爆漲三倍，現在川普又把矛頭指向中芯，這下大陸使用舊製程的晶片設計公司不能下單給中芯，只能下單給聯電，造成聯電短短兩個月股價暴漲二倍，會不會那天川普想想，又禁止聯電替大陸代工呢？全世界的人都在陪川普選總統，美國果然是世界的霸主呀！（延伸閱讀：華爾街日報》美中科技「離婚大戰」企業被迫選邊站，還可能加快中國半導體發展？）
川普禁令無法打垮大陸 只能拖慢發展速度
大陸沒有先進的極紫外光(EUV：Extra UV)設備，因此5奈米以下的元件無法製作，而現在中芯連深紫外光(DUV：Deep UV)都沒有，等於連20奈米以下的元件都無法製作，目前只能轉向採購歐洲或日本的設備，然而即便是歐洲與日本的設備裡也會有美國的零件，要完全避開美國設計或製造的零件幾乎不可能，該怎麼辦呢？
長期以來世界各國廠商的供應鏈全球化，廠商設計產品很難不用到美國的零件，現在一下子要換掉也有困難。中芯另外一個選擇是使用國內的設備，但是轉換供應鏈需要3至5年的時間，這段艱困的時間會拖慢大陸發展的速度，但是卻不可能打垮大陸，因為大陸有14億人的內需市場，大家共體時難足以支持國內廠商渡過難關，沒有先進製程那就用舊製程，不過就是手機大了一些，只要大家願意仍然能夠支撐起華為與中芯，此外大陸有深厚的基礎工業，可以自行開發半導體設備，需要的只是時間。（延伸閱讀：台積電人才外流危機！日經：中國企業砸下重金，挖角超過100位工程師）
如同手機的世代(3G、4G、5G) 半導體也有世代
第一代半導體是以矽(Si)材料為主，應用在處理器、記憶體、類比晶片、電源晶片等產品；第二代半導體是以砷化鎵(GaAs)材料為主，應用在射頻晶片；第三代半導體是以碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)材料為主，應用在高功率的電源晶片、高頻率的射頻晶片，我們先簡單介紹一下這些晶片的種類和應用：
➩處理器：應用在各種電子產品的運算功能，例如：中央處理器(CPU)、微處理器(MPU)、數位訊號處理器(DSP)、圖形處理器(GPU)、微控制器(MCU)等。
➩記憶體：應用在各種電子產品的儲存功能，例如：隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體(Flash ROM)等。
➩類比晶片：應用在各種電子產品處理連續的電壓訊號，例如：類比與數位轉換器(ADC/DAC)、放大器(Amplifier)、濾波器(Filter)、混頻器(Mixer)等。
➩電源晶片：進行交流電(AC)與直流電(DC)之間的電壓轉換，例如：變壓器(Transformer)、整流器(Rectifier)、穩壓器(Regulator)、逆變器(Inverter)等。
➩射頻晶片：應用在手機與基地台的無線通訊處理電磁波訊號，例如：功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)、射頻開關(RF switch)、濾波器(Filter)等。
所有電子產品都不能缺少的電源供應器
所有的電子產品都需要電源才能工作，提供電子產品電源的裝置稱為「電源供應器(PSU：Power Supply Unit)」，就是大家的手機或電腦充電時大大的那一個充電器，充電時還發熱，大家會不會好奇，為什麼充電器一定要做這麼大呢？那是因為電源供應器裡有許多主動元件(MOSFET、IGBT)與被動元件(電阻、電容、電感)，這些元件必須承受高功率，因此體積很大，而且充電時會有能量損失，電能轉換成熱能，因此還會發熱。
由於牆壁上的插座提供的是110或220伏特(V)的交流電(AC)，但是幾乎所有電子產品使用的積體電路(IC)都是直流電(DC)，因此我們就必須使用電源供應器來轉換交流電與直流電，可以分為下列四種常常讓人頭昏腦脹的專有名詞：
➩變壓器(Transformer)：將交流電(AC)轉換成不同電壓的交流電(AC)。
➩整流器(Rectifier)：將交流電(AC)轉換成直流電(DC)。
➩穩壓器(Regulator)：將直流電(DC)轉換成不同電壓的直流電(DC)。
➩逆變器(Inverter)：將直流電(DC)轉換成交流電(AC)
逆變器(Inverter)通常使用在太陽電池，因為太陽能板是接收光能產生直流電(DC)，而一般住家的插座是使用交流電(AC)，因此必須經由逆變器將直流電(DC)轉換成交流電(AC)才能與目前發電廠產生的交流電力系統併網，這個轉換恰好與我們平常使用的電源供應器(交流電轉換成直流電)相反，故稱為「逆變(Invert)」。
使用碳化矽是為了高功率，使用氮化鎵是為了高頻率
目前用來製作電源晶片的主要元件有「金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET：Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)」與「絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)」，差別在元件的結構與製程，MOSFET結構與製程簡單，但是只能承受較小的功率，IGBT結構與製程複雜，但是可以承受較大的功率，如圖一所示。
我們國中都學過「功率(瓦特)」等於「電壓(伏特)」乘以「電流(安培)」，因此較大的功率意思是較大的電壓或電流。低功率的電源晶片應用在手機、電腦、電視的電源供應器；中功率的電源晶片應用在電冰箱、冷氣機、工廠設備的電源供應器；高功率的電源晶片應用在電動車、捷運、高鐵、太陽能與風力發電的電源供應器。
低功率的電源晶片是使用第一代半導體矽(Si)的MOSFET來製作，結構與製程簡單，如果要提高功率必須改用矽(Si)的IGBT來製作，結構與製程複雜；如果希望高功率又體積小則必須換材料，改用第三代半導體碳化矽(SiC)的MOSFET來製作；如果希望高頻率又體積小則必須換材料，改用第三代半導體氮化鎵(GaN)的MOSFET來製作，提高主動元件(MOSFET)的頻率可以縮小被動元件(電容、電感)的體積，這樣就會縮小整個電源供應器的體積，如圖二所示。
此外，高頻率的射頻晶片是使用第二代半導體砷化鎵(GaAs)來製作，體積較大製程成熟，如果希望高頻率又體積小則必須換材料，改用第三代半導體氮化鎵(GaN)來製作，第五代行動電話(5G)必須向下相容於4G、3G、2G，因此要支援的電磁波頻率很多，射頻晶片用量變多，為了維持手機原本的尺寸，必須縮小晶片因此功率放大器(PA)可以使用氮化鎵來製作。
台積電真的領先？罩門在那裡？
大家都知道台積電目前的製程領先英特爾與三星，這個功勞不只是台積電裡不眠不休的工程師，還有賴於國外供應鏈的協助，事實上台積電有兩大罩門，第一個是先進製程設備完全依賴進口，例如：艾司摩爾(ASML)、應用材料(Applied Materials)、科磊(KLA)、科林(Lam)等；第二個是晶圓製程裡需要的高階特用化學品幾乎依賴進口，例如：巴斯夫(BASF)、信越化學(Shin-Etsu Chemical)、東京應化(TOK)、亞東工業氣體(Air Liquide)等。
台灣太小、2300萬人無法養活台積電和聯發科，台灣基礎工業薄弱，沒有深厚的材料與機械工業，因此做不出飛機引擎、太空火箭；沒有深厚的光學工業，因此做不出工業與國防用的高功率雷射；沒有深厚的化學工業，因此半導體特用化學品幾乎依賴進口，因此政府應該重視半導體供應鏈在地化，包括：光學微影、薄膜成長、蝕刻、摻雜等設備，以及特用化學品：光阻劑、顯影液、氟化氫、高純度特殊氣體等。
第一代半導體比先進製程，第三代半導體比材料製造
第三代半導體只會「部分取代」第一代和第二代，而不會完全取代，電源晶片針對不同的功率與應用，低功率的仍然會繼續使用矽(Si)製作，尺寸要縮小的會改用氮化鎵(GaN)，高功率的會改用碳化矽(SiC)；射頻晶片針對不同的功率與應用，部分仍然會繼續使用砷化鎵(GaAs)製作，尺寸要縮小的可以改用氮化鎵(GaN)。
此外，第一代半導體比的是先進製程，也就是所謂的7奈米、5奈米、3奈米，但是電源晶片與射頻晶片必須承受較大的電壓或電流，因此必須改變的是材料，而不是使用先進製程，大陸第一代半導體落後，主要是因為起步較晚，能夠下單給台積電、聯電，就不會想要自己做，可以買便當吃就不會想要下廚房，但是這次的貿易戰使大陸體認到半導體製造的重要性，投入大量資金未來必然急起直追，川普對華為與中芯的禁令，對美國是短多長空，對大陸是短空長多，把大陸逼到牆角只能奮力一搏發展自己的技術，逼競爭對手激發出潛力，時間拖長還是會慢慢追上來的。（延伸閱讀：台積電前營運長都救不了？中國頂級半導體廠武漢弘芯周轉不靈，網站已關閉）
第三代半導體比的是材料製作，也就是所謂的長晶，碳化矽長晶目前由美商科銳(Cree)遙遙領先，台灣和大陸一樣落後，材料製作是基礎工業，台灣向來不重視基礎工業，在碳化矽發展未必有利，因此政府應該重視基礎工業：材料、機械、光學、化學等，才能提升產業競爭力，面對未來的挑戰。
作者為台大電機博士，知識力專家社群創辦人。
責任編輯/周岐原
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