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半導體是作為資訊處理非常重要的材料，它的電導率在絕緣體與導體之間，可以透過外部施加電壓來改變材料的導電能力，在某個溫度範圍內，溫度的升高會增加電荷載子的濃度，使電導率上升與電阻下降，若在絕對零度時成為絕緣體，可依有無加入摻雜劑，分為P型或N型半導體；生活中有許多產品都有半導體的蹤跡，從手機、家電、電腦，甚至是雲端應用服務，都是涵蓋的領域範圍，藉由半導體電導率的變化來執行邏輯運算或資訊的處理。

摻雜了雜質的半導體稱為雜質半導體，又稱為外質半導體或非本徵半導體，透過加入摻雜物，電學性質產生改變，而電荷載子濃度取決於雜質或其他缺陷。一般雜質半導體分為N型或P型半導體：

• N型半導體–又稱電子型半導體，指在純淨晶體的半導體中摻入少量五價元素雜質（像是磷、銻、砷），當半導體原子被雜質原子取代後，五價原素的雜質會與純半導體作用，並多出一個電子，容易成為自由電子，因此N型半導體為自由電子濃度較高的半導體，其導電性取決於自由電子。

• P型半導體–又稱電洞型半導體，指在純淨晶體的半導體中，摻入三價元素雜質（像是硼、鋁、鎵、銦等），而當雜質取代半導體原子，並由三價原素的雜質與純半導體作用，最終產生一個「電洞」，吸引束縛電子來填充，進而成為能夠導電的物質。

半導體為一種材料的總稱，而元件是利用半導體材料特殊電特性來完成特定功能的電子電路組件，通常這些半導體材料為矽、鍺或砷化鎵，並經過各式特定的摻雜，產生P型或N型半導體再作成元件，常見的有二極體與電晶體。對於IC類較為複雜的電路，結合二極體與電晶體的排列組合，可以實現許多不同的功能。

• 二極體：又稱為二極管，具有不對稱電導的兩個端子之電子元件，此種元件僅允許電流單方向的傳導，為單向開關，常作為電力工程中的整流器、電子工程的檢波器與邏輯設計上的邏輯電路邏輯閘。

• 電晶體：最早稱之為穿細絲體，像是閥門般的固態半導體元件，電晶體可將受控極輸入的電流或電壓，改變輸出端的阻抗，進而控制輸出的電流，為雙向開關，因此可於放大、開關、穩壓與訊號調變等功能。

氮化鎵（GaN）與碳化矽（SiC）此兩種寬能隙半導體被稱為第三代半導體，比傳統半導體材料矽的帶隙寬很多，擁有高功率、耐高溫、高電流密度、高頻與高崩潰電壓等特性，使晶片面積可大幅縮小，簡化電路的設計，為5G、電動車、高功率應用（EX:快速充電）與雷達的重要關鍵元件。

看到這裡，或許有些人不太了解「能隙」是什麼？簡單來說，依照量子物理的理論，「能帶」主要劃分為低能帶區的「價電能帶（Valence Band, VB）」與高能帶區「導電能帶（Conduction Band, CB）」兩種，在這兩個之間則稱為能帶間隙（Band Gap, BG），簡稱「能隙」。通常金屬材料能導電是因為電子位於高能（CB）區域能自由流動，而半導體材料在常溫下，電子則是位於低能（VB）區域不能隨意流動，當受熱或有足夠大於能隙（BG）的能量時，就能跨越至導電能帶，擁有導電的特性。

除了第三代半導體，第一代半導體為矽（Si）跟鍺（Ge）等原料，擁有成本上的優勢，材料來源充足，元件設計較容易，常用用於低頻功率電子元件或太陽能電池；而第二代半導體則包含砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、鋁砷化鉀（AlGaAs）與銦砷化鉀等化合物，主要為低功率、高電子遷移率、高導熱率與抗輻射，常用於光通訊傳輸、射頻（RF）元件與3D感測。

但是，並非後一代的半導體就取代了前代的半導體，而是各自發展的技術，第三代半導體正在快速發展，但第一、二代的半導體也在產業中被廣泛應用，發揮無法被第三代半導體取代的功用。

製造半導體元件通常為積體電路（IC），像是記憶晶片、電腦處理器、微控制器等，這些都是日常中會在電子產品見到的元件，而製造過程會在工廠中進行，也就是我們常聽到的Fabs或晶圓廠，其中最核心的部分為「潔淨室」，為具有低汙染水準的環境，會將空氣中的微塵粒子等無染物排除，才不會對製程產生影響。

半導體的製程步驟可大略分為微影、蝕刻、沉積、摻雜與平坦化等，以及這些步驟間的清洗製程，以上步驟統稱為前段製程，當晶圓製作完成後，還須經過切割、測試、封裝等步驟，才會變成我們現在看到的晶片。在半導體的製程中花費最多時間的為前段製程，空白晶圓從投片到生產完成，短的數十天，長的甚至超過一百天，若一片晶圓能製造的晶片數量多，那生產效率就能越高，成本越低，因此晶圓的尺寸成為了成本的關鍵。

台灣半導體產業的蓬勃發展相信大家有目共睹，晶圓代工的模式讓設計與製造分割出來，甚至製造端到下游封裝也都實現專業分工，光是小小的台灣就匯集了設備、材料、晶圓製造、封裝測試與IC設計，也是世界上密集度最高，最有效率的半導體產業族群聚集地，因為專業分工讓每間廠商得以集中資源，專注於目前設定的市場與技術發展，進而在產業中保有競爭力。

半導體產業受到市場需求趨緩與進入庫存調整期的影響，使2023年的景氣十分低迷，全球的半導體市場收入衰退近11%，即使AI相關的產品需求上升，也無法挽回市場的頹勢；然而，SEMI國際半導體產業協會公布的全球晶圓廠預測報告，預估2024年因生成式AI與高效能運算（HPC）等應用的推動，再加上晶片的終端需求增加，將加速先進製程與晶圓代工的產能擴增。

IDC於2023年12月最新研究顯示，隨著AI、高效能運算需求提升，加上電子產品的市場需求回穩，將驅動2024年的半導體市場，IDC預測2024年半導體市場的八大趨勢：

1. 半導體市場復甦，年成長率達20%

2023年受到終端需求降低的影響，供應鏈處於供過於求的情況，而2024年記憶體的市場衰退後，減產的效應推升產品價格，加上HBM滲透率提高，將會成為市場成長的助力，隨著終端的需求逐步提升，AI晶片將供不應求，最終能帶動半導體市場重回成長至20%。

2. 先進駕駛輔助系統與車用資訊娛樂系統驅動車用半導體市場

汽車智慧化與電動化的趨勢水漲船高，成為未來半導體市場的重要來源，其中ADAS的汽車半導體占最高比例，預計2027年複合成長率將達19.8%，佔整個車用半導體市場的30%，越來越多的汽車將依靠晶片，而這對半導體將會是長期又穩健的需求。

3. AI應用擴散至個人裝置

AI對於運算邏輯與資料處理的要求十分高，且需要支援複雜的機器學習與大數據分析，而半導體技術的進步預計2024年會有更多AI功能被整合至個人裝置中，像是手機、電腦或穿戴裝置，而這些將提升對半導體的市場需求。

4. IC設計庫存去化逐漸告終，預期2024年亞太市場成長14%

亞太地區IC設計業者的產品廣泛，應用範圍遍布全球，雖在2023年的表現較差，但仍持續積極探索與突破，除了智慧型手機外，也開始切入AI與汽車的應用，適應整個快速變化的市場，預計因個人裝置市場需求的增加，有新的成長機會。

5. 晶圓代工製程需求上升

晶圓代工於2023年受到庫存調整的影響，產能利用率大幅下降，但部分的消費電子需求與AI產業相關的產品需求，在2023年下半年先進製程有復甦的傾向，而在2024年終端需求的回穩，有望加工產業能呈雙位數成長。

6. 中國產能擴張，成熟製程價格競爭問題浮出

因美國的禁令關係，中國積極擴增產能，並持續以優惠代工價讓他國的晶圓代工商備感壓力，尤其晶片短期有去化要求，多為成熟製程的生產，更不利於成熟製程晶圓代工廠拿回議價權。

7. 2.5/3D封裝市場爆發式成長

隨著半導體晶片功能與性能要求提高，先進封裝技術也變得十分重要，而先進製程與封裝的相輔相成，讓半導體業的質量增長，促使相關市場加速成長，封裝市場將會是未來可高度關注的領域。

8. CoWoS供應鏈產能擴張，促動AI晶片供給

台積電先進封裝技術「CoWoS」供需缺口仍有20%，許多國際IC設計大廠都在持續下單，預計產能會再增加並有更多廠商積極切入「CoWoS」的供應鏈，對AI晶片發展將是重要助力。

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參考資料

MoneyDJ / 泛科學 / 維基百科 / 亞洲矽谷 / Semi / IDC

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