全方位解读半导体行业

80+页PPT全方位解读半导体行业新材料在线2016年10月©xincailiao引言半导体在全球科技和经济的发展中具有着无可替代的地位，半导体行业可以说是现代科技的象征。与此同时，我国已经成为全球半导某省市场，2014年我国某省市场需求已占全球比重59%，说中国某省市场已成为全球增长引擎。中国某省市场需求全球占比70.00%60.00%42.40%47.70%54.10%55.80%59.30%50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%20102011201220132014Source：中国产业信息但与需求不断上涨相对的是，中国目前半导体产能仅占全球27%，自给率不到3成。我国目前半导体技术还处在起步阶段，与欧美日韩以及地区相比还有这巨大差距，每年半导体进口总额达千亿美元。随着2015年半导体行业并购超级浪潮的掀起，中国半导体行业迎来的新的发展机会。为此，小编决定带大家了解一下这个风险与机遇并存的行业。©xincailiao一、半导体基础知识简介二、半导体产业链分析三、某省市场研究报告四、某省市场研究报告五、某省市场研究报告六、某省市场研究报告七、半导体企业分析八、半导体产业现状及发展趋势©xincailiao01

什么是半导体材料？半导体（

semiconductor），指常电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。半导体存在的意义

半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。

今日大部分的电子产品，如计算机、某著名企业电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。©xincailiao02

半导体材料如何分类？•

常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。•

元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。硅半导体

锗半导体•

化合物半导体即是指由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物，并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质。•

包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（硫化镉、硫化锌等）、氧化物（锰、铬、铁、铜的氧化物）,以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。磷化镓

硫化锌©xincailiao03

半导体材料的发展历程第一代半导体主要材料：SiGe技术标志水平：大的晶片尺寸，窄的线条宽度（如12英寸/0.15微米技术）主要产品形式：以大规模集成电路为主要技术的计算机等电子产品第二代半导体主要材料：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等Ⅲ-Ⅴ砷化物和磷化物技术标志水平：使通讯速度、信息容量、存储密度大幅提高主要产品形式：以光发射器件为基础的光显示、光通讯和光储存等光电子系统第三代半导体主要材料：碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、硒化锌（ZnSe）、金刚石、氮化铝（AlN）等宽禁带半导体材料为主技术标志水平：禁带宽度更高主要产品形式：制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件04

半导体材料制备方法直拉法悬浮区熔法垂直生长垂直梯度凝固法体单晶生长

垂直布里奇曼法水平生长水平布里奇曼法D-Web技术片状晶生长

S-R技术EFG技术液相外延物理汽相沉外延生长汽相外延淀化学汽相沉分子束外延淀©xincailiao05

半导体材料制备方法

体单晶生长工艺优势劣势对象直拉法完整性很高，生长率高英容器会污染硅熔体，造成晶体的纯度和晶体尺寸好降低；不能生产出电阻率均匀的单晶体磁控直氧含量可控、杂质条质量数据少，磁体体积硅，化纹轻、微缺陷密度低、合物半拉法耗电量大寿命长导体液封直适合制作高离解压的无法制作II-VI族化合物GaAs、磷化物等单晶，简便InP、拉法单晶可靠GaP等区熔法纯度高，质量好；没工艺烦琐，生产成本较锗、硅、有沾污高；产量低GaAs等垂直梯设备简单，度不便实时观察，要多次GaAs、InP、度凝固小、错密度较低实验，成品率低GaP等垂直布受热均匀，设备简单，工艺重复性较差，成品GaAs、InP、里奇曼表面不解离率低GaP等水平布设备较简单，难生长非掺杂半绝缘GaAs等度较小，可生长低里奇曼GaAs，加工会损失EPD单晶

片状晶生长片工艺优势劣势对象D-Web晶体质量好，可工艺稳定性差，主要是太阳得到单晶生产效率很低能硅晶体状晶S-R工艺稳定性好，只能制备多晶主要是太阳生质量稳定能硅晶体长EFG生产效率极高晶体质量差，只主要是太阳能制备多晶能硅晶体

外延生长外工艺优势劣势对象液相外设备简单，生长快，方向上控制掺杂Si、GaAs、掺杂剂广，完整性和多元化合物组GaAlAs、延好，纯度高合均匀性困难GaP等延生气相外可制造较厚外延层，，生长时可任意改变杂质浓间长度导电类型Si、GaAs延等长分子束，完全清洁，生长速度极慢可随意调整超晶格外延©xincailiao一、半导体基础知识简介二、半导体产业链分析三、某省市场研究报告四、某省市场研究报告五、某省市场研究报告六、某省市场研究报告七、半导体企业分析八、半导体产业现状及发展趋势©xincailiao06

半导体产业链材料上游设备

IP供应IC设计中游封装测

晶圆制试

造4C某著名企业下游光伏……

LED©xincailiao07

半导体上游分析——半导体设备

半导体设备是半导体产业发展的基础，也是半导体产业价值链顶端的“皇冠”。

从全球范围看，亚洲是目前半导体设备销售量最高的地区，整体销量缓慢上升，总销量地区排名第一。北美地区2015年半导体设备销售量大幅下滑37%，欧洲地区销售量下滑19%。各国半导体设备销量销量（十亿美元）129.419.647.478.161086.845.495.124.94.372.381.942.151.9764.18420南韩日本北美中国大陆欧洲其余Source：SEMI.20142015来源：©xincailiao08

半导体上游分析——半导体材料

相较于半导体设备，半导体材料所受到的关注通常较小。不过在过去的8年中，半导体某省市场一直要比半导体某省市场要更大。

半导体材料的技术壁垒较高，生产主要集中在、日韩及北美地区等少数大型企业上。地区维持了6年头把交椅，中某省市场规模增速远高于其他地区，全球占比上升至13%。各国半导体材料销量12销量（十亿美元）109.69.417.037.167.016.5755.046.016.123.013.056.396.0586420南韩日本2014北美中国欧洲其余2015Source：SEMI.©xincailiao09

半导体中游分析在半导体芯片行业企业的模式分为三种:

IDM（IntegratedDesignandManufacture）IDM公司指的是从芯片设计到晶圆制造再到封某省市场等所有的项目都由自己一手包办。全球最大的两家半导体企业英特尔和三星就是IDM公司。

FablessFabless公司是指该公司只负责设计，公司并没有自己的半导体Fab（制造工厂）。高通、AMD等企业就属于此类公司。

Foundry与Fabless应运而生的就是Foundry（代工厂）了。这类公司自身并不设计芯片，而是通过与Fabless合作，为其代理加工制造晶圆。台积电就属于Foundry中的佼佼者，在晶某省市场中拥有超过了50%的占有率。©xincailiao10

半导体中游分析

2015在某省市场零成长的情况下，晶圆产能依旧在持续上升。2015年全球半导体厂月产能达1,635.0万片8英寸约当晶圆。

全球前十大厂商中，总部位于美国的有4家，来自韩国与的分别有2家，日本与欧洲各1家。三星(Samsung)是以安装晶圆产能最高的半导体厂商，每月产能为250万片8寸晶圆，占全球总产能的15.5%；台积电以11.6%的市占率排名第二，相比2014年其产能增长了14%。

2012年至2014年连续三年，全球晶某省市场保持两位数的成长趋势。2015年某省市场成长趋缓，让半导体制造商在决定晶圆代工订单时趋于保守。2015年全球半导某省市场成长4.4%，为488亿美元。©xincailiao11

半导体中游分析

近年来，随着消费者要求的不断提高，电子产品不仅在性能和速度方面需要进步，在产品外观，功某省市时间及成本正在成为关键因素，封装测试因此显得尤为重要。

2014年全球半导体封装产值达525亿美元。近两年由于IC产业需求趋于平缓，预估2016年封测产值将略微下滑，达506亿美元。全球半导体封测产值5452.5产值（十亿美元）5247.449.850.850.65048464420122013201420152016（预测）Source：拓墣产业研究所©xincailiao12

半导体下游分析

在经历了2013年6.4%和2014年8.3%的增长后，2015年全球半导体销售额2015年下降了2%，主要是受到日本经济萎缩和欧洲危机影响，无线通信和消费类电子某省市场的需求不足阻碍了某省市场增长。

2015年计算机和通信领域占集成电路应用占比高达73%。2015年世界电子产品集成电路应用占比7.90%5.90%0.70%35.20%12.20%38.10%计算机通信消费电子汽车工业/医疗军事/政府©xincailiao一、半导体基础知识简介二、半导体产业链分析三、某省市场研究报告四、某省市场研究报告五、某省市场研究报告六、某省市场研究报告七、半导体企业分析八、半导体产业现状及发展趋势©xincailiao13

单晶硅定义与特点什么是单晶硅？硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。特性

电阻率特性：导电性明显受光、电、磁、因素的影响。

p-n结特性：n型和p型半导体材料相连，组成p-n结，具有单向导电性。

光电特性：p-n结在光的左右下能产生电流，如太阳电池。形态单晶硅棒单晶硅片单晶方棒©xincailiao14

单晶硅制备方法单晶硅的制备方法有直拉法（CZ法）、区熔法（Fz法）和外延法，其中直拉法和区熔法用于制备单晶硅棒材。区熔硅单晶的最大需求来自于功率半导体器件。直拉法和区熔法的比较项目直拉法区熔法炉子直拉炉区熔炉工艺有坩埚，电阻加热无坩埚，高频加热直径能生长Φ450mm单晶能生长Φ200mm单晶纯度氧、碳含量高、纯度受坩纯度较高埚污染少子寿命低高电阻率中低电阻，轴向电阻率分能生产电阻率超过104的单晶布不均匀应用晶体管、二极管、高压整流器、可控硅、探测器、集成电路也可制作晶体管、集成电路投资投资较小是直拉法的数倍优点工艺成熟，设备简单；可纯度很高，电学性能均匀大规模生产。缺点纯度低、电阻率不均匀工艺烦琐，生产成本较高；直径很小，机械加工性差工艺流程多晶硅的装料→熔化→种多晶硅棒料打磨、清洗→装炉晶→缩颈→放肩→收尾→高频电力加热→籽晶熔接→缩颈→放肩→结束©xincailiao15

单晶硅片生产及工艺流程

单晶硅是从大自然丰富的硅原料中提纯制造出多晶硅，再通过区熔或直拉法生产出区熔单晶或直拉单晶硅，进一步形成硅片、抛光片、外延片等。

工业生产中对硅的需求主要来自于两个方面：半导体级和光伏级。单晶硅制备工艺流程直拉法

区熔法石英砂冶炼级高纯多半导体级单晶硅晶硅多晶硅光伏级单晶硅半导体单晶硅片加工工艺流程切断（割断）滚圆切片倒角磨片抛光化学腐蚀注：不同工艺还需要进行不同程度的化学清洗。光伏电池用单晶硅加工工艺流程切断滚圆切片化学腐蚀（割断）（切方块）©xincailiao16

单晶硅的分类及应用单晶硅的制备工艺不同，所得到产品的纯度和性能差异很大，其下游应用领域也有所区别。单晶硅及其应用分类单晶硅种类制作的器件应用状态CZ单晶二极管、晶体管、太阳能切、磨片CZ单晶双极IC，MOS，CMOSIC（吸除）抛光片MCZ单晶CCD，高集成度IC（双面）抛光片电力电子器件：SR、SCR、FZ单晶MCT、BCT、LTT;GTR、GTO、切、磨片、抛光SITH、IGBT、PIN、PIC、片SMARTPower、太阳能薄层硅外延片双极IC，MOS、CMOSIC高集成度时用高阻厚层硅外VDMOS、IGBT、GTR、SIT、新型电力电子器延片BSIT件用SOI片SOI-IC材料与器件正在高速发展©xincailiao17

单晶硅片产业链多晶硅原料氩气等特气设备：直拉炉；区熔炉设备：单晶单晶硅晶棒清洗、分选、监测等其他设备硅拉晶炉破方规砂、SiC浆液PEG方锭线锯如晶体管、二/三极砂浆光伏级太阳能单晶硅电池片单晶硅硅片管、传感器、探测器、整流器等半导体级功能性电机械器集成子元器件件等电路光伏行业航天医疗汽车计算机其他©xincailiao18

半导体单晶某省市场分析

全球半导体前段某省市场容量约为240亿美元，其中占比最高的晶圆硅片达80亿美元，有6成为12寸晶圆。

2013年晶圆在半导体晶圆材料中占比35某省市场规模达79亿美元。

2013年全球硅某省市场消耗约100亿平方英寸。其中12寸硅片（300mm）占约70%,月消耗量516万片。2013年全球半导体晶某省市场规模(单位：亿美元)研磨液&抛其他/新材料,晶圆,79.3226.54光垫,14.36溅射靶材,6.08Gases,31.39光隐膜,31.36湿电子化学品,10.27光致抗蚀剂的辅光致抗蚀剂,助设备,14.2812.2Source：Semi.东研究所©xincailiao19

不同尺寸单某省市场分析

300mm的硅片是主流某省市场70%以上是300mm的大硅片，主要应用于65-45nm极大规模集成电路上。

提高多晶硅铸锭尺寸可以削减成某省市成本是驱使半导体业转向更大直径的主要原因。与200mm的硅片相比，可使每块硅片的成本降低30%。全球硅片以尺寸某省市场发展趋势6000包括抛光片、EPI，不包括Reclaim、非抛光片和SOI单位：百万平方英寸50001978总体年增长率：198819901992199419961998200020022004200620082010201220142012:持平2013:5-6%40002014:5-6%30001980198219841986200010000来源：semi.©xincailiao20

大尺某省市场需求分析-300mm

2013年国内300mm晶圆产能接近25万片，需求量约为30万片。

按照印发的《国家集成电路产业发展推进纲要》规划某省市场还将以年均20%的速度快速增长，预计到2017年国内对300mm硅片需求将突破60万片，2020年超过100万片。

目前国内大尺寸硅材料供应缺口较大，12寸硅片目前全部采用进口。我国300nm硅片需求量预测（单位：万片）1201001008060306040200201320172020Source：同花顺©xincailiao21大尺某省市场需求分析-450mm

目前450mm最大问题集中在研发成本及未来投资的回报率。

450mm的硅片约在2017年才能小批量生产，且第一批客户可能只有美国Intel一家。1999-2014年450m某省市场需求（单位：10亿）25201510501999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014Source：semi.©xincailiao22

晶硅光某省市场分析

全球晶硅光伏电站中单晶硅的使用量占比约30%。

目某省市场，多晶硅与单晶硅太阳能电池的比例约为4:1，国际上这一比例约为3:1；该比例差距在今后几年有望缩小。全球光伏级别单晶硅片产量份额及预测（单位：%）120%80%61%64%71%71%70%69%67%65%40%39%36%29%29%30%31%33%35%0%20102011201220132014201520162017来源：新材料在线单晶硅片多晶硅片多晶硅与单晶硅太阳能电池对比分析（单位：%）120%80%多晶硅片40%单晶硅片0%国内

国际来源：前瞻网

©xincailiao23

单晶光某省市场分析2013年，全球光伏产业单晶装机约8.5-9GW，占全球光伏装机的22-23%，相比2012年占比基本维持平稳。

其中，日本单晶装机2.48GW，同比增长130.43%；美国单晶装机4.75GW，同比增长41.02%。

若不考某省市场，全球单晶装机占比超过30%，相比2012年25%左右的水平明显提升。2003-2013年全球单晶硅太阳能电池产量（单位：MW）2000015000100005000020032004200520062007200820092010201120122013来源：太阳能光伏网©xincailiao24

全球单晶硅制造商分析

全球最大的4家生产厂商依次为日本信越、SUMCO、美国MEMC和德国Siltronic

，共占有全某省市场的75%。

其他厂商有日本CovalentMaterials、韩国LGSiltron、芬兰Okmetic及丹麦Topsil等。各主要硅材料厂商某省市场份额CovalentOtherSiltronicShin-EtsuLG-SiltronMEMCSource：新材料在线SUMCO

全球有近

12

家区熔单晶制造商，其中德国

Siltronic

、日本

Shin-Etsu、Handotai、小松公司Komatsu（已被Sumco

收购），丹麦TOPSIL、、中环股份等五家公司垄断了全球产量的98%以上。其中中环股某省市场份额15%某省市场份额超过70%，某省市场占有率已连续多年居国内同行业首位。©xincailiao25国内单晶硅主要生产商及盈利分析目前国内单晶硅片生产商主要有：隆基股份、中环股份、卡姆丹克、锦州阳光、晶龙集团等。

目前这5个公司的产能约在5G到6G瓦，而国内整体的单晶硅片产能在6G~7G瓦之间，5家大型企业占据了单晶硅片全国产量的90%。

国内单晶硅龙头企业的毛利率近两年维持在10%左右。部分单晶硅片龙头企业盈利对比注：左轴为销售收入，右轴为毛利率，中环股份为新能源业务。sources：Wind，中银国际研究©xincailiao26

全球半导体抛光片主要供应商企业

信越化学三菱住友

Siltronic

MEMC

LG

SASsiltron总部

日本

日本

德国

美国

韩国

是否进

N

N

N

Y

Y

Y入PV尺寸

100-300100-300125-300100-300125-30075-300（mm）抛光片

Y

Y

Y

Y

Y

Y退火硅

Y

Y

Y

Y

N

N片外延片

Y

Y

Y

Y

Y

YSOI

Y

Y

N

Y

N

NFZ

Y

N

Y

N

N

Y是否开

Y

Y

N

Y

Y

N展450Source：新材料在线©xincailiao27

国内半导体抛光片主要供应商企业生产地4-6寸抛8寸以上FZ产能及其他信息点光片抛光片有研新北京YYY4~6寸：270万片/年；材8寸：24万片/年金瑞泓浙江宁YYY4~6寸：296万片/年；波8寸：48万片/年合晶/Y上海上海工厂生产4~5寸抛光片晶盟280（万片/年），大尺寸生产在上海YY申和热4~6寸：500万片/年磁江苏昆Y为SAS子公司，4~6寸:360昆山中辰山万片/年；8寸：40万片/年Y中环环天津4~6寸:240万片/年欧洛阳麦河南洛Y层位MEMC合资厂，4~6斯克阳寸:320万片/年Source：新材料在线©xincailiao28单晶炉生产商国际主要供应商国内生产商北京京运通天龙光电上海汉虹精密机械北京京仪世纪河北晶龙阳光……©xincailiao一、半导体基础知识简介二、半导体产业链分析三、某省市场研究报告四、某省市场研究报告五、某省市场研究报告六、某省市场研究报告七、半导体企业分析八、半导体产业现状及发展趋势©xincailiao29

GaAs是重要的化合物半导体材料GaAs的基本性质

属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体

闪锌矿晶体结构，四面体配位三代主要半导体材料物理性质的对比材料SiGaAsGaN应用优势禁带宽度（eV）1.11.43.4禁带宽度直接影响器件的耐压性质和最高工作，宽禁带材料拥有更高的耐压性质和更高的工作饱和速率（10-7cm/s)1.02.12.7饱和速率代表器件的工作频率，高饱和速率材料更适合在高频下工作热导（W/cK）1.30.62.0热导反应了物质的热传导能力，高热导材料适合在更高的工作击穿电压（M/cm）0.350.45.0击穿电压代表了器件的极限电压，高击穿电压代表材料适合高压工作电子迁移率（cm2/Vs子迁移率代表固定电压下电流的通过能力，高电子迁移率的材料可以拥有更大的电流化学稳定性好好好化学稳定性表示物质在化学因素下保持原有状态的能力，化学稳定性好的材料适合在各种酸、碱性条件下工作，使用寿命更长抗辐射能力好好好器件的工作环境存在各种各样的电磁辐射，抗辐射能力好的材料工作状态更稳定，能够应用在各种复杂的电磁环境下30

GaAs半导体材料应用范围广泛三代半导体材料的性能及应用对比材料SiGaAsGaN光学应用无红外蓝光/紫外高频性能差好好高差好好发展阶段成熟发展中初期制造成本低高极高应用领域超大规模集成电路与器件微薄集成电路与器件超大功率器件来源：广发证券，新材料在线GaAs半导体器件的应用范围来源：长江证券，新材料在线©xincailiao31

GaAs半导体在电子器件中的应用GaAs微波功率器件的应用领域某著名企业设备•

GSM/GPRS•

3GCDMA3GWCDMA•

4GLTE网络通信•

汽车雷达•

GPS•

光纤通信•

蓝牙/WLAN某著名企业基站•

MESFET•

PHMET来源：广发证券，互联网，新材料在线整理光通信中的GaAs半导体应用•

激光驱动电路•

MUX•

DEMUX•

跨阻放大器•

限谱放大器。©xincailiao32

GaAs半导体在电子器件中的应用汽车防撞雷达的工作原理（工业电子应用）

工业电子中GaAs半导体最主要的应用是汽车电子

汽车防撞雷达系统的开发将有效的降低车祸的概率，其中GaAs材料制作的雷达具有极高的可靠性。来源：互联网军事电子中的GaAs半导体应用

机载/舰载/固定GaAs-MMIC相控阵雷达

电子战用GaAs设备

导弹制导GaAs引信……来源：互联网©xincailiao33

GaAs半导体在光电器件中的应用LED行业中的GaAs半导体应用GaAs能带来源：网络激光行业中的GaAs半导体应用

民用激光切割、激光打印机、大屏幕彩色显示系统等

军用激光制导、激光通信、激光雷达和激光武器等来源：海通证券研究所，新材料在线整理©xincailiao34

GaAs半导体的制备工艺GaAs单晶生长工艺左LEC右VGF

目前比较成熟的工艺主要有LEC、HB、VGF/VB和VCZ。

汽车防撞雷达系统的开发将有效的降低车祸的概率，其中GaAs材料制作的雷达具有极高的可靠性。LEC

VGF来源：BINE完整的GaAs半导体工艺流程制备晶体生长机械切割最终产品Ga/As退火研磨产品交付高压制备LEC/VGF线锯切割封装认证边缘研磨清洗刻蚀抛光来源：新材料在线整理©xincailiao35

GaAs产业链GaAs产业链

砷化镓半导体的制造流程与硅相似，从上游材料、IC设计、晶圆代工到封装测试，完成砷化镓半导体制造的全部产业链。

砷化镓半导体产业参与者多为国外IDM厂商。2013年某省市场，占比前5的厂商中除了稳懋外，均为集IC设计、晶圆代工、封装测试为一体的IDM厂商。来源：广发证券全球GaAs半导体产业链主要厂商来源：广发证券©xincailiao36

GaAs相关厂商情况2013年GaAs半导体某省市场份额

目前全球砷化镓某省市场份额最大的Skyworks，占比24%。来源：strategyanalytics，广发证券2014年砷化镓半导体主要厂商毛利率

砷化镓材料现在正处于发展阶段，目前全球砷化镓微波功率半导体领域参与者数量远远小某省市场分布较为均衡。IDM厂商毛利率达40%来源：公司公告，广发证券©xincailiao37

不同细分领某省市场

以HBT设计的射频功率放大器（RFPA）和以pHEMT设计的射频开关器是无线射频模组中必备的两个GaAs半导体组件。

4G和5G技术的发展，智能手机需求更多的PA元件。目前我国智能手机的PA芯片大量依赖进口，实现芯片的国产化很有必要。GaAs半导体PA元件在全球的需求量预测来源：IDC，TrendForce，广发证券GaAs半导体PA元件在中国的需求量预测来源：IDC，TrendForce，广发证券©xincailiao38

不同细分领某省市场全球光通某省市场及某省市场规模

受益于某省市场的持续增长，GaAs半导某省市场也将增长。来源：SPconsulting、长江证券全某省市场汽车销量

目前汽车雷达生产成本还比较高，只能配备在高端车型上，但是随着GaAs制造技术的进步，这项技术的应用范围将会更加广阔。来源：盖世汽车网、长江证券©xincailiao39

不同细分领某省市场全球GaAs基板的总产值

伴随LED产业的逐渐整合完毕，LED产业对GaAs半导体产业发展的推动作用将会越来越强。来源：Strategyanalytics、长江证券全球激光器销售收入

激光行业整体呈现上行趋势，是GaAs半导体产业发展的一大推动力。来源：StrategiesUnlimited、长江证券©xincailiao一、半导体基础知识简介二、半导体产业链分析三、某省市场研究报告四、某省市场研究报告五、某省市场研究报告六、某省市场研究报告七、半导体企业分析八、半导体产业现状及发展趋势©xincailiao40

SiC简介•元素IV族元素唯一的化合物•每种原子被4个异种原子包围•SP3键合，并有一定的极化•具有很强的离子共价键，性能稳定•具有同质多型特性，比较成熟的有：3C-SiC、6H-SiC和4H-SiC图

SiC不同晶体结构的堆垛序列Source：Wuetal./ProgressinMaterialsScience72(2015)1–60晶体结构3C-SiC6H-SiC4H-SiC特性及应用具有最高的电子迁移率，高温、大功率和高速器件的首选具有宽的带隙，在光电子学、高学、抗辐射电子学和高频大功率器件领域具有应用价值带隙比6H-SiC更宽，电子迁移率接近3C–SiC。大功率器件方面最有前途的材料©xincailiaoSource:《碳化硅宽带隙半导体技术》，新材料在线41SiCSiC具有很高的德拜，达到1200-1430K。这就决定了该材料对于各种外界作用的稳定性，在物理、化学性质方面有着优越的技术特性。

力学性质：高硬度（克式硬度为3000kg/mm2），可以切割红宝石；高耐磨性，仅次于金刚石。

热学性质：热导率超过金属铜，是Si的3倍，是GaAs的8-10倍，散热性能好对于大功率器件十分重要。SiC的热稳定性较高，在常压下不可能熔化SiC。

化学性质：耐腐蚀性非常强，室乎可以抵抗任何已知的腐蚀剂。SiC表面生成SiO2层，能够防止其进一步被氧化.SiC能溶解于熔融的氧化剂物质。

电学性质：4H-SiC和6H-SiC的带隙约为Si的三倍，是GaAs的两倍，其击穿电场强度高于Si一个数量级，饱和电子漂移速度是Si的2.5倍。图第三代半导体与Si的性能对比©xincailiaoSource:Yole42

SiC单晶的制备工艺技术难点

无法用熔体提拉法进行单晶材料的制备

在现有的实验条件所能达到的压力条件下，SiC没有熔点，而只是在1800℃以上是直接升华，变为气态；

在现有的实验条件所能达到的件下，C在Si熔体中的溶解度非常小。所以熔融生长法不能用于SiC单晶的生长。电弧熔炼法•

1885年，SiC质量较差，达不到大规模生产SiC器件所需的SiC单晶的质量要求。Lely法•

1955年，制备了杂质数量和种类可控的、具有足够尺寸的SiC单晶如今的制备方法改良Lely法HTCVDCF-PVTHCVD采用SiC籽晶控制所生长晶体的构型，克服了Lely法自发成核生长的缺点高气相高纯硅和高纯SiCl4和C3H8沉积法，反应作为Si源和C气体在高碳直接注入生源在2000℃发分解生成SiC长区，避免了生反应。该方并附着在衬底通常采用的法生长速率材料表面，并SiC粉末所造高，获得的单沿着材料表面成的污染晶电子陷阱不断生长。少，电学性质©xincailiao

好。Source:兴业证券，新材料在线43

SiC产业链上游单晶衬底、外延晶片中游器件制备下游模组生产©xincailiao44

SiC的应用表

SiC特性及其对应的主要应用器件SiC特性

应用器件蓝光LED抗辐射器件超低漏电流器件高压大功率开关二极管高击穿电场

可控电力电子器件空间应用的大功率器件高密度器件集成宽带隙激光二极管高热导率良好的散热大功率器件电子迁移速率高（GaN）饱和电子漂移速率高高频IC器件Source:兴业证券，新材料在线目前95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是由硅材料制作。发展至今，硅材料已经具有一定的局限性，尤其在极端条件下，第三代半导体的性能远远优于硅材料，这其中SiC技术被公认为最成熟的技术，有着广泛的应用：©xincailiao45SiC的应用举例高SiC材料的宽禁带和高热导率使得其在高体器件方面有无可比拟的优势。采用SiC材料已制成了多种器件，它们的工作达650℃以上。节能功率器件在电子设备运行过程中，75%以上的能量消耗需要半导体器件进行转化，先进的宽禁带半导体技术在有效降低器件自身功耗的同时，还可以直接或间接地提高系统其他部件的能效。图

SiC器件的应用领域丰田和电装联合开发的SiC半导体应用于功率控制单元（PCU）的功率半导体器件中，降低了10%的能量损耗。©xincailiaoSource:互联网，新材料在线46SiC的应用举例微波-高频器件•

SiC基微波器件是当今世界上最为理想的微波器件，其功率密度是现有微波器件的10倍，将成为下一代雷达技术的标准，某省市场将在未来几年推动碳化硅基微波器件的快速发展。•

通信领域，手机基站中的放大器已经接近性能极限，现有放大器采用的是Si器件，其效率只有10%。使用宽禁带半导体器件，将有效提高基站放大器的效率，同时减小基站设备体积。光电器件目前用于LED产业化的衬底主要有蓝宝石（Al2O3）、SiC和Si。具有与GaN

晶格失配小、热导率高、器件尺寸小、抗静电能力强、可靠性高等优点，是GaN

系外延材料的理想衬底，效率高，能耗低。Source:百度抗辐射器件SiC电子器件不但可以在高作，而且具有很强的抗辐射特性，所以SiC电子器件在航天器上的使用能够减少引线和连接器的数量以及辐射防护罩的大小和质量。在航空航天产业中已经占据了一定的地位©xincailiao47市场情况根据预测，

2015年以后SiC功某省市场将会以较快的速度发展，以40%的年复合增长率增长，在20某省市场的总额将达到约8亿美元。图

Si某省市场发展预测Source:Yole随时间推移SiC器件的应用领域中光伏和新能源车将占主导地位，进一步缩减系统体积与重量。图

Si某省市场随时间推移的占比情况100%90%80%70%60%50%40%30%20%研发等其他不间断电源电动机控制微型光伏逆变器光伏逆变器某著名企业风电EV/HEV逆变器功率因素校正器交通轨道10%0%201320182020Source:Yole，东方证券48成本分析•

目前SiC器件的成本较普通Si基器件成本高：SiC二极管的成本是硅基肖特基二极管的5-7

倍；SiCJFET的成本是硅基MOSFET的4-7

倍；SiCMOSFET的成本是硅基MOSFET的10-15

倍。•据预测，到2020年附近成本将有望下降到50%附近。图

SiC器件价格发展预测Source:Yole规模成本下游工艺需求效应突破诸多成本下降的因素中最大的限制在于SiC的制备工艺：SiC单晶制取的难度大，成本高，大尺寸晶圆制备技术有待突破。技术壁垒•

虽然晶体生长炉在技术上已经非常成熟，但是在晶体生长中气体输送速率和输送角度等技巧则有相当大的难度。•

碳化硅从2英寸、4英寸到6英寸的发展过程中，扩晶技术非常关键。

©xincailiao49国外厂商情况从SiC器件的发展历史可以看出，其技术主要由海外公司垄断，尤其是美国的Cree。Source:东方证券•

Cree占SiC晶某省市场90%以上，Cree和英飞凌在SiC功某省市场合计占85%以上份额。•

由于行业发展潜力大，日本Rohm、美国ST等也在积极进军SiC领域。图国外主导厂商产业链分布图©xincailiao

Source:Yole50

中国厂商情况SiC产业链环节单晶外延器件相关企业主要进展天科合达2、3、4英寸SiC晶片年产7万片；6英寸近期研制成功2、3英寸和4英寸SiC晶片，6英寸预计15年年底量山东天岳产，计划到2015年底产能35万片碳化硅晶片，销售收入30亿元，利润19亿元。2英寸已量产，4英寸SiC晶片预计今年5月前可量产；同光晶体4英寸晶片年产能为5万片，预计年销售约3亿元，利润约1.5亿元。46所2英寸SiC晶片神舟科技2-4英寸碳化硅晶片、外延片中科院硅酸盐所2、3、4英寸SiC晶片。南车时代电气4～6英寸SiC芯片模块封装及功率器件重点实验室瀚天天成12年3月3、4寸外延晶片达商业化；14年4月，6寸外延晶片交付日本客户天域半导体科技年产2万-3万片碳化硅外延晶片的产能，产品目前销往日本某省市场中科院半导体所、中科院物理所、天科合达联合研发；中科院年产能2万片4英寸SiC晶片，30片4英寸外延片，年产10万只SiC二极管及1万只碳化硅模块的小批量生产能力西电、13所、55所N/A泰克天润肖特基二极管600～1700V系列达到国际先进水平西电、13所、55所碳化硅二极管和结型场效应功率管等研究成果，未量产南车时代电气SiCIGBT研发中©xincailiaoSource:东方证券一、半导体基础知识简介二、半导体产业链分析三、某省市场研究报告四、某省市场研究报告五、某省市场研究报告六、某省市场研究报告七、半导体企业分析八、半导体产业现状及发展趋势©xincailiao51

GaN简介特点•

宽的带隙•

强的原子键•

高热导率•

高熔点材料，约为1700℃•

六方纤锌矿结构•

化学稳定性好，耐腐蚀优势曾经的“中流砥柱”Si功率器件已日趋其发展的材料极限，难以满足当今社会发展对于高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便小型化的新需求。以SiC和GaN为代表的第三代半导体材料凭借其优异属性，将成为突破口，正在迅速崛起。图第三代半导体与Si的性能对比©xincailiaoSource:Yole52III族氮化物材料体系全组分可调、全组分直接带隙、强极化、耐高温、抗辐照、可实现低维量子结构。禁带宽度的理论公式Eg(GaxIn1-xN)=Eg(GaN)*x+Eg(InN)*(1-x)–

b*x*(1-x)Eg(GaxAl1-xN)=Eg(GaN)*x+Eg(AlN)*(1-x)–

b*x*(1-x)

III族氮化物材料体系——带隙调制范围最宽

唯一覆盖红外到紫外波长的半导体体系©xincailiao53

GaN衬底的制备工艺GaN体单晶制备是一大难点GaN在高解为Ga和N2，常压下无法融化，只有在2200℃以上，6GPa以上的氮气压力下才能使GaN融化。所以传统直拉法和布里奇曼法都不能用来生长GaN单晶。异质外延生长是目前主流的GaN衬底制备技术异质外延制备GaN衬底的主要方式是HVPE©xincailiao54

GaN衬底的制备工艺用于氮化镓生长的衬底材料的性能优劣对比衬底材料Al2O3SiCSiZnOGaN晶格失配度差中差良优界面特性良良良良优化学稳定性优优良差优导热性能差优优优优热失配度差中差差优导电性差优优优优光学性能优优差优优机械性能差差优良中价格中高低高高尺寸中中大中小GaN自支撑衬底具有独特的优势异质外延生长容GaN缺陷密度高，限制了GaN器件性能的提升。所以研究者并没有停止对于GaN单晶衬底的研究。目前已经开发出氨热法、助熔剂法、HVPE等方法，其中商业化的产品都是采用HVPE的方法制备的。目前GaN自支撑衬底的高成本无疑限制了其应用，但是GaN衬底毫无疑问拥有者光明的未来。“GaNsubstrateisanultimatesubstrate”©xincailiao——诺贝尔奖得主中村修二55

GaN基LED产业链上游衬底、外延晶片中游封装、模组下游应用、系统©xincailiao56

GaN基LEDIMSResearch预测分析，在LED电视、显示器和普通照明领域，GaN（蓝/绿）LE某省市场份额将快速增长。GaN基LED比传统LED外形更小、功率更高，发光强度也更高。图

GaN基某省市场销售收入©xincailiaoSource:TechNio、长江证券研究部57

GaN基器件图电力电子器件的发展历程图电力电子器件的耐压分类SiCGaNSi©xincailiao58

GaN基器件宽禁带半导体（SiC&GaN）可显著降低电力损耗图电力电子器件的应用风力发电不间断电源开关电源光伏发电电动汽车电力机车电冰箱空调洗衣机微波功率器件：

工作频段在300M~300GHz微波波段内的电子器件，主要用以实现微波功率的发射和放大、控制和接收等功能。GaN适用于高频大功率应用，其功率密度是现有GaAs器件的10倍。图功率器件的应用相控阵雷达©xincailiao通信基站59GaN功某省市场据预计，全球功率半导体有望在2020年达到290.1亿美元的销售额。图全球功率半导体销售额及预测Source:矢野经济研究院，ICinsights，广发证券图

GaN功率器件某省市场份额预期（根据电压区分）©xincailiao

Source:Yole60GaN相关企业世界领先的半导体功率器件厂家纷纷介入GaN功率器件研发和生产。近两年GaN功率半导体领域大事件Source:广发证券©xincailiao61中国GaN相关企业

某著名企业

中稼半导体

方大集团（000055）

某著名企业（600703）

苏州能讯高能半导体有限公司

中航（重庆）微电子有限公司

杭州士兰微电子股份有限公司（600460）……(持续补充中）©xincailiao一、半导体基础知识简介二、半导体产业链分析三、某省市场研究报告四、某省市场研究报告五、某省市场研究报告六、某省市场研究报告七、半导体企业分析八、半导体产业现状及发展趋势©xincailiao62

半导体企业分析全球半导体设备制造企业TOP10排名企业名称所在地1应用材料美国2艾司摩尔荷兰3东京电子日本4科林研发美国5科磊美国6DNS日本7艾万德日本8泰瑞达美国9日立高新技术日本10尼康日本

半导体设备制造业集中在美国和日本地区。其中并购发生的非常频繁，光是在全球领先的几家企业中，应用材料与东京电子在2014年宣布合并，科林研发在15年收购科磊。

中国半导体设备制造领域全球占比仅2%，与美国日本还有着巨大的差距。s©xincailiao.63

半导体企业分析全球半导体封装测试企业TOP10企业名称

所在地日月光

Amkor

美国矽品科技

中国大陆星科金朋

新加坡力成科技

长电科技

中国大陆J-devices

日本优特半导体

中国大陆南茂科技

颀邦科技

半导体封装测试企业中，中国大陆和地区表现出色，其中新加坡星科金朋最近被长电科技所收购，更是提高了我国在封装领域的实力。

目前几乎所有的IDM企业都在中国设有封装工厂以获得成本优势，中国有超过100家企业涉足封装领域，其中长电科技等主要的封装厂都具有先进的封装能力。64

半导体企业分析全球半导体晶圆代工企业TOP10排名企业名称所在地1台积电2格罗方德美国3联电4三星韩国5中芯国际中国大陆6力晶日本7TowerJazz以色列8富士通日本9世界先进10华虹中国大陆

在晶圆代工企业中，台积电一某省市场占有率达到惊人54%，2015年因20纳米平面晶体管结构工艺与16纳米鳍式场效晶体管(FinFET)工艺