半导体已发展超过 60 年，硅（Silicon）一直被认为是半导体产业中最重要的核心材料，甚至硅谷的名称由来也是源自于它，许多数十亿美元的大企业都是从硅谷发迹，但以硅为半导体材料的时代会被终结吗？尤其当著名的摩尔定律现阶段面临极大的挑战时，下一世代同时保有低成本和高效能的半导体芯片将会是什么？有一个男人立志将“硅”谷转化成“镓”谷，他是加州新创公司 Efficient Power Conversion（简称 EPC）的创办人兼首席执行官利多（Alex Lidow）。
1977 年，当时利多还是 22 岁的史丹佛大学研究生，发明了称做 HEXFET 的功率半导体电子元件。这项发明不只让他的家族企业国际整流器（International Rectifier*）获得超过 9 亿美元的专利授权费，也让他的祖父及父亲成为半导体业界的重量级人士。利多很早就名利双收，却在中壮年时期被迫离开他的家族企业，跌至人生低谷，却也激起他不服输的个性，驱动他改变产业的现况。
*注：成立于 1947 年的美商国际整流器已于 2014 年间被功率电子元件龙头德商英飞凌（Infineon）收购。
从家族起头的材料之战
利多从 1999 年开始担任国际整流器的首席执行官，但他和他父亲却在 2006~2007 年间相继离开国际整流器，官方说法是因为国际整流器的海外分公司被调查出疑似假账，此事件让利多黯然离开公司，放弃原本一手建立的基业。这件事情对他造成深远的影响，他说：“我被国际整流器开除后，我父亲也在几个月后被赶出公司。当时我已经 52 岁，所有的一切却必须重新来过。”
不久之后，他选择求学时的梦想──寻找可取代硅的材料，做为东山再起的筹码。他在 2007 年成立新创公司 EPC，专注在以新兴材料氮化镓（Gallium Nitride）为主的半导体电子元件上。利多说：“我要拼了命的成为他们的噩梦，EPC 的主要产品将专注在氮化镓电子元件及积体电路，这些产品将和国际整流器的产品在市场一较高下。”虽然利多离开国际整流器，他们之间的官司仍争议不断，甚至还延续他所成立的 EPC 上。法院判决 EPC 到 2013 年以前，都必须支付国际整流器专利授权费。
▲ Alex Lidow。（Source：fast company）
后硅材料时代？
加州圣塔芭芭拉大学电机系教授 Umesh Mishra 指出：“电源供应器和电源转接器都急需一个崭新及高效率的技术，如果当所有电源相关半导体芯片都使用氮化镓芯片，每年全世界可以节省约 40 座核电厂所生产的电力。”以氮化镓为材料的半导体芯片，其开关切换速度比硅半导体芯片更快，这项特性能让电力转换系统以更有效率、更节省空间的方式设计，未来可应用在无线充电、电脑、智能手机、无人车和无人飞机的 LiDAR 导航装置中。
虽然 15 年前科学家已经在研究室成功生长出氮化镓半导体材料，但直到几年前才开始将氮化镓成功使用在功率半导体芯片中。利多在和彭博社的专访中谈到：“氮化镓半导体芯片最大的优势就是能成长在大面积的硅晶圆上，这样一来可以使用和硅半导体相同的设备和制程，大幅降低成本。”
对 EPC 及其他研发氮化镓的公司而言，最大的竞争其实是已经有超过数十年基底的硅材料半导体，但利多似乎毫不畏惧这一事实，他的办公室充满了各种氮化镓的展示品和宣传手册。EPC 的其中一个联合创始人是台湾汉民集团创办人及董事长黄民奇，因为他的关系，EPC 有许多台湾、中国、韩国和日本的客户，目前有超过 50% 的产品销售到东亚市场。
EPC 不是唯一专注在研发氮化镓技术的公司，其他公司包括 GaN Systems、Cambridge Electronics、Transphorm 等，其中 Transphorm 的创办人就是 Umesh Mishra 教授。半导体大厂如英飞凌（Infineon）、松下（Panasonic）、安森美半导体（ON Semiconductor）、台积电（TSMC）也都有投入氮化镓半导体芯片的研发。虽然氮化镓技术的成本已和硅材料相去不远，但以氮化镓为基础的芯片和系统仍处于相对初期的开发阶段，硅材料仍以长期且大规模的研发资金加上完善的制程设备等，而占有很大优势。
目前，EPC 生产大约 100 种符合不同系统需求的氮化镓芯片，拥有超过 500 家客户。利多表示：“EPC 目前已经占据了超过 90% 的新兴氮化镓芯片市场。尽管目前为止 EPC 有个强而有力的开端，但要挑战硅材料在半导体市场的霸主地位，还有很长的路要走。”他认为未来几年内若能成功将无线充电、无人车或无人飞机大规模商业化，将可进一步带动氮化镓半导体芯片销售的成长，并为他和其他新创公司带来其他机会。利多预估在接下来的几年，氮化镓半导体将可以从硅材料半导体中抢下 10 亿美元的市场。
虽然利多看好氮化镓的未来市场，但并非每一个人都那么乐观。国际研究暨顾问机构 Gartner 指出，克服半导体产业对于硅材料的依赖性并非一件简单的事，尤其对于电脑和智能手机产业，这类型的产业需要高度稳定的半导体制程及电子元件。虽然氮化镓芯片具有相当吸引的材料特性，但仍需证明氮化镓芯片具有显著的性能优势和成本优势。
- THE MAN ON A MISSION TO TURN SILICON VALLEY INTO GALLIUM VALLEY
- Gallium Nitride: Is It the Silicon Replacement?
- The Semiconductor Revolutionary
