硅基新材料行业市场分析

硅基新材料行业市场分析

含硅特气

四氯化硅可作为电子特气，也是光纤预制棒、气凝胶等产品原材料

四氯化硅按纯度可以分为工业级四氯化硅与高纯四氯化硅，高纯四氯

化硅是光纤通讯、集成电路、气凝胶制造生产不可或缺的基础原材料,

按照下游需求可以分为半导体级（VAD级、OVD级、PCVD级等）

四氯化硅和电子级四氯化硅。

半导体级四氯化硅主要用于生产光纤预制棒；电子级四氯化硅是一种

高端半导体用电子化学品，主要用于薄膜沉积与蚀刻上艺，随着半导

体制程的先进化，电子级四氯化硅被使用于逻辑芯片与存储芯片等领

域，目前主要依靠进口。

高纯四氯化硅也可用于生产正硅酸乙酯（TEOS）,高纯正硅酸乙酯

是气凝胶主要原料；电子级正硅酸乙酯主要用于集成电路制造过程中

的化学气相沉积（CVD）薄膜制程。目前工业合成正硅酸乙酯的方法

主要为四氯化硅法、硅粉法，工业级TEOS的制备工艺已经比较成

熟，但国内尚无电子级TEOS的制备企业。目前洛阳中硅、金宏气

体采用吸附联合精储技术制备百吨级的电子级正硅酸乙酯。

电子级四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅主要用于硅外延片生产

硅片是指由硅单晶锭切割而成的薄片，又称硅晶圆片，半导体制造商

生产集成电路（IC）芯片用硅片分别采用硅抛光片、硅外延片以及非

抛光片（研磨片）三种类型，其中以硅抛光片和硅外延片为主。

抛光片是在研磨片的基础上经过双面抛光、边缘抛光、表面抛光等工

序制造而来；外延是通过化学气相沉积的方式以抛光面作为衬底生长

一层或多层，掺杂类型、电阻率、厚度和晶格结构都符合特定器件要

求的新硅单晶层。

外延片具有硅抛光片所不具有的某些电学特性并消除了许多在晶体

生长和其后的晶片加工中所引入的表面/近表面缺陷。因此，硅外延

片广泛应用于制作不可恢复器件，包括MPU、逻辑电路芯片、快闪

存储器、DRAM等。

2021年全球外延片市场规模约为86亿美元，较2020年增加14亿

美元。国内外延片市场规模稳定增长，从2016年的64亿元增长至

2021年的92亿元，期间年均复合增速为7.5%,预计2025年将达

到110亿元。

电子级二氯二氢硅主要用于生产12寸硅外延片

目前硅外延生长的最主要方法就是采用化学气相沉积（CVD）的气相

外延法，以二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅或硅烷为反应气体，在

一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，其中衬底

材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。电子级二氯二氢硅作为硅源，

直接分解生成硅，反应温度较三氯氢硅低（约1050"150℃）,含硅

薄膜制备具有生长速率快、结晶质量好等特点。

二氯二氢硅还可与氮氧化合物反应生成二氧化硅，与氨制备氮化硅,

二氧化硅、氮化硅均可以在集成电路器件中充当绝缘层或钝化层。

目前全球电子级二氯二氢硅的市场，日本占据了约80%市场份额，

其中日本信越化学在日本企业中占据80%左右份额。SEH、

SKMaterials.RECSilicon.Denal及洛阳中硅是五家主要的二氯二

氢硅生产商。目前电子级二氯二氢硅进口产品价格约为30-40万元/

吨。

气凝胶

气凝胶具有纳米多孔网络结构的固体材料，应用场景广泛

气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构的固体材料。它由美国的

KistlerS.于1931年发明，是目前世界上已知的具有良好隔热性能的

固体材料。因其具有纳米多孔结构CMOOnm)、低密度(1-500kg/m3)、

低介电常数(1.1-2.5)、低导热系数(0.013-0.025W/(m・K))、高孔隙

率(80-99.8%)、高比表面积(200・1000m3/g)等特点,在力学、声学、

热学、光学等诸方面显示出独特性质，在新能源、石油化工、工业隔

热、建筑建造等众多领域有着广泛而巨大的应用前景。

气凝胶种类多样，根据原料不同可以分为氧化物气凝胶、有机气凝胶、

碳气凝胶、复合气凝胶等多种类型。氧化物气凝胶中又包括SiO2气

凝胶、AI2O3气凝茂、ZrO2气凝胶、V2O5气凝胶等多种产品，其

中SiO2气凝胶是目前研窕最为成熟、制备工艺最为完善的气凝胶。

气凝胶下游产品多样，按照不同产品结构可以分为气凝胶粉、气凝胶

块、气凝胶纸、气凝胶布、气凝胶毡、气凝胶板材等多种类型，因此

下游应用场景十分广泛。目前石油化工领域消费量最大达到56%,

粉状气凝胶主要用于隔热行业的填充功能，可广泛应用于三明治结构、

层填充、复合层等现场隔热设备中。尤其是在高效隔热涂层和纺丝领

域，它能充分发挥其重量轻、强度高、强度高等优异性能，良好的隔

热性能、耐火性和阻燃性，可作为新的填料或添加剂添加到各种系统

中。同时，它具有优异的隔音和减震性能，是石油化工、电力储能、

建筑保温、航空航天、钢炉、环境净化等领域不可或缺的高效隔热材

料。

气凝胶毡与传统保温材料相比优势显著

目前城市管网、石油化工等行'也多采用传统保温材料如硅酸铝、岩棉

等，保温结构憎水性差，导致沉降现象严重，热损较大，温降严重；

期维护成本高；保温结构笨重、施工、搬运成本高。

使用气凝胶绝热毡的优势包括（1）导热系数低，减少保温层厚度，

缩小外套钢管管径，大幅减少热损失，减少开挖量，有利于城市设计

规划；（2）憎水率达99.0%以上，避免因保温结构进水而引起的沉

降现象；（3）卓越的防火性能；（4）抗压抗拉性能强，保温结构稳

定；（5）使用寿命长达20年；（6）无机环保，提高设备安全性；

（7）施工方便、安装简易。

气相二氧化硅

二氧化硅分为天然二氧化硅与合成二氧化硅

二氧化硅可分为天然二氧化硅和合成二氧化硅两类。天然二氧化硅主

要是由高品位硅矿石经过机械粉碎等物理方法加工形成的超细粉体，

通常为石英粉或硅微粉。合成一氧化硅是一种无定形的合成氧化硅粉

体材料，虽然其结构和炭黑不同，但应用性能与炭黑相似，且外观呈

白色，因此习惯上称之为“白炭黑”。合成二氧化硅常态下为白色絮状

粉末，物理性质为耐高温、不燃、无毒、无味、具有良好的电绝缘性，

因而广泛地应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶、绝热保温材

料等领域。合成二氧化硅按制造方法分类，主要分为气相二氧化硅和

液相二氧化硅，液相二氧化硅又可以分为沉淀法二氧化硅、凝胶法二

氧化硅。

气相二氧化硅主要分为亲水型与疏水型，疏水型壁垒更高

气相二氧化硅又叫气相白炭黑，是由硅的卤化物在氢氧火焰中高温水

解生成的带有表面羟基和吸附水的无定形的纳米级颗粒，具有粒径小、

比表面积大、化学纯度高、分散性能好等特征。气相二氧化硅主要有

两种原料生产路线，分别是以四氯化硅或一甲基三氯硅烷（有机硅单

体副产物，单耗2.5）为原料进行制备，少部分企业使用三氯氢硅。

气相二氧化硅根据表面性质的不同可分为亲水型气相二氧化硅和疏

水型气相二氧化硅。亲水型气相二氧化硅是通过氯硅烷在氢氧焰中高

温水解而制得，产品可用水润湿，并能在水中分散，在硅橡胶、油墨

涂料、胶粘剂、农药、食品、胶体电池、绝热材料、复合材料等领域

应用。疏水型气相二氧化硅通过亲水型气相二氧化硅与活性硅烷发生

化学反应而制得。疏水型气相二氧化硅产品具有憎水性，难以在水中

分散。可以制备高强度及高透明的有机硅弹性体；在电缆复合物中可

改善绝缘性及介电性能，在粉末涂料及灭火剂中可用于粉末助流剂，

在涂料及涂层中可提高产品的防沉降和抗流挂性能；在塑料中可提高

耐划伤性等。

我国疏水型气相二氧化硅以进口为主

根据SAGSI统计，国际市场上亲水型和疏水型产品分别约占87%和

13%。疏水型气相二氧化硅产品基本被跨国公司垄断，其中赢创工业

集团、卡博特、瓦克化学、德山化工等是目前世界上最主要的气相二

氧化硅制造商，我国只有极少数企业具备自主生产疏水型产品的能力

且产能较小。2021年我国疏水型气相二氧化硅产能合计为6900吨/

年。

根据SAGSI统计，2021年我国气相二氧化硅进口量和出口量分别为

0.5万吨和2.0万吨,2021年净出口量为1.5万吨，同比增长40.4%,

其中来自日本和比利时的进口量分别占58.6%和21.1%。我国未来

新增产能（包括疏水）较多，且主要跨国公司均在我国建立了气相二

氧化硅生产工厂，预计到2026年气相二氧化硅进口量将继续缩减,

出口量有望快速增长。

光纤预制棒、高纯石英砂

高纯四氯化硅可以用于生产光纤预制棒

光纤预制棒也称“光棒”、“光纤母棒”，是控制光纤性能的原始棒体材

料，一般直径为几十到几百毫米，其内层为高折射率纤芯层，外层为

低折射率的包层，以满足光波在芯层传输基本条件。

光纤预制棒由芯棒和包层组成，其芯棒有多种生产方式，主要原理是

基于气相沉积法，当前普遍采用：改进的化学气相沉积法（MCVD）、

轴向气相沉积法（VAD）、棒外化学气相沉积法（OVD）和等离子

化学气相沉积法（PCVD）四大主流工艺。光棒外部包层制造一般采

用套管法（早期是RIT,后来演进为RIC）和全合成法（OVD、VAD）。

芯棒是以高纯四氯化硅、四氯化铭为原料，在氢氧焰或甲烷焰作用下

经高温熔融形成的具有不同折射率的高纯SiO2«主流的四种生产工

艺中VAD和PCVD综合性价比较高，逐渐成为生产主流。外包层生

产工艺中，套管法投资规模小、建设周期短、生产工艺简单、流程短、

产品质量高、试用尺寸范围广是最优的生产工艺。

高纯四氯化硅可以用于合成高纯石英砂

高纯石英砂一般指SiO2纯度299.5%的粉状石英产品。具有耐温性能

好、绝缘度高，抗辐射等优点，广泛应用于电子工业、光纤等高精尖

领域中，其中半导体、光纤、光学、光伏和电光源占比分别为65%、

14%、10%>7%、4%o

目前矿物提纯法是高纯石英砂主流制造工艺，高纯石英砂制备工艺主

要包括天然水晶加工、石英矿物提纯和化学技术合成，其中天然水晶

加工工艺简单，但受制于原材料价格高昂、储量有限等原因不具备工

业量产的条件。20世纪80年代以来，石英矿物提纯技术逐渐发展成

熟，成为行业内主流制备工艺。化学合