JUSUNG周星工程 創造新藍海
全球企業對3-5族量產技術關注高漲，在半導體、太陽能、顯示器擴大應用創新技術。圖／周星工程提供
顯示器、太陽能電池研發區。圖／周星工程提供
顯示器研發區。圖／周星工程提供
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，JUSUNG周星工程總經理黃喆週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族化合物半導體制程量產技術，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着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（半導體芯片），隨着不斷縮小電路線寬，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。
爲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已經成爲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，作爲矽的替代品，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，預計將爲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）爲1,400c㎡/V.s，空穴移動率（Hole Mobility）爲600c㎡/V.s，而3-5族化合物GaN半導體的電子移動率爲2,000c㎡/V.s，電洞移動率爲2,000c㎡/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。
創新技術 將改變市場
JUSUNG表示，「現有的3-5族化合物半導體必須在1,000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，但因爲含有較高的碳含量，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度以下低溫下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，被認爲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爲電能，而顯示器技術是基於半導體技術將電能轉換爲光能，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。
隨着3-5族化合物新制程的商用化，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爲重要的能源。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成份，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（μm）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。
3-5族化合物半導體可以在400度以下的低溫工藝中實現，無論底部材料的種類如何，皆可適用。3-5族材料的ALG薄膜生長與傳統的MOCVD方法不同，沒有Carbon含量，從而可以無晶體缺陷地進行薄膜生長。在不微型化工藝的情況下，電子遷移速度較高，能實現比硅更高性能的半導體。
現有的航天器中使用的3-5族材料價格過於昂貴，且需要高溫工藝，因此無法商業化。然而，現在以1/30的價格量產，並且具備超過35％的發電轉換效率的材料，有望替代全球30％以上的能源。
3-5族材料的ALG薄膜生長無Carbon含量，可在低溫下以10nm以下的厚度沉積在玻璃基板上，這將實現新一代無機發光顯示技術的創新，並將引領未來顯示器市場的發展。
學術界專家 一致好評
關於JUSUNG「3-5族化合物」半導體創新技術的評價，學術界的專家們一致認爲，JUSUNG開發的3-5族化合物半導體創新技術，將成爲突破現有製造工藝極限的「Game Changer」。
同樣，作爲能夠克服邏輯器件Scaling-down技術極限的Game Changer，該技術通過實現三維積層Logic Device集成化，能夠爲2nm以下級別的邏輯器件集成化所面臨的高技術難度和高工藝成本提供新的解決方案。
最後，該技術還可以擴展到次世代顯示技術領域，未來有望成爲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，這不僅能提高晶體管的性能，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。
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，預計將來會成爲解決未來能源安全問題和實現碳中和的重要關鍵技術。
成立於1993年的JUSUNG Engineering，是在半導體、顯示器和太陽能核心前段工藝設備領域中，實現韓國設備產業全球化的首家公司。在1990年代初，儘管韓國的尖端半導體元件迅速增長，但所有的半導體核心前段工藝設備仍完全依賴於海外進口。
在這種情況下，JUSUNG憑藉自主技術成功開發了半導體沉積設備及其零部件，這項技術不僅取代了進口技術，還實現了海外出口，引領了全球一流化。
之後，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伙伴的創新技術開發，創造了共同成長的模式，這不僅幫助韓國在半導體和顯示器領域中具備了全球競爭力，還奠定了促進韓國設備產業發展的基礎。
致力研發 確保競爭力
截至2024年第一季度，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，從而確保了世界首創和唯一的技術競爭力，並建立了中長期可持續增長的基礎。
目前，JUSUNG公司在Tech-Migration加速的半導體產業中，基於差異化的ALD技術，不斷開發滿足記憶體和非記憶體各種應用需求的半導體量產設備。顯示器業務方面，公司專注於工藝擴展及中小型、大型面板設備的多樣化。在太陽能業務方面，公司在HJT太陽能電池領域，以量產性爲基礎，持續刷新全球最高效率，未來將基於半導體超微細工藝技術和OLED顯示器大面積沉積技術的融合技術，首次推出能夠實現35％以上效率的下一代太陽能電池（Tandem）設備，預計將爲行業帶來新的典範。
此外，JUSUNG還具備了進一步飛躍的基礎設施。2020年完工的龍仁研發中心和2022年作爲總部兼製造基地的光州園區新建項目，從而實現了研究與生產的分離和集中，讓研發效率和生產能力提高了10倍以上。
由此，JUSUNG的成長動力之半導體、顯示器和太陽能產業技術，仍將是第四次工業革命時代中不可或缺的核心產業技術。JUSUNG將基於核心產業技術和可持續的合作系統，發展爲全球領先的設備公司，並通過創新增加信任，成爲一家可以創造幸福的企業，並不斷挑戰新高度。
南韓首爾大學材料工學部榮譽教授黃哲成
現任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最近成功開發的3-5族化合物半導體量產技術被評價爲實現三維積層器件製作所需的關鍵技術，也是突破既有材料及工藝領域常識的劃時代技術。在450度以下的工藝溫度下，無需後續熱工藝，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，預計未來將爲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。」
南韓漢陽大學融合電子工學部名譽教授 韓國半導體顯示技術學會會長樸載根
現任漢陽大學融合電子工學部名譽教授，同時也是現任韓國半導體顯示技術學會會長樸載根表示，「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的集成度及製造工藝極限，我認爲這是一項將成爲發揮Game Changer作用的創新技術。首先，在DRAM領域，我認爲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族化合物半導體晶體管，可以實現三維積層型DRAM。」
成均館大學電子電氣工學部教授李準信
現任成均館大學電子電氣工學部教授，也是前任電器電子材料學會會長與前任韓國新能源學會會長的李準性教授進一步評價:「JUSUANG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，預計將來會成爲解決未來能源安全問題。