2016年10月新材料在线80+页PPT全方位解读半导体行业Copyright © xincailiao.com 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体主要市场，2014年我国半导体市场需求已占全球比重59%，说中国半导体市场已成为全球增长引擎。中国半导体市场需求全球占比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，与欧美日韩以及台湾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。42.40%47.70%54.10%55.80%59.30%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%20102011201220132014Copyright © xincailiao.comSource：中国产业信息 二、半导体产业链分析五、碳化硅市场研究报告三、单晶硅市场研究报告八、半导体产业现状及发展趋势一、半导体基础知识简介四、砷化镓市场研究报告六、氮化镓市场研究报告七、半导体企业分析Copyright © xincailiao.com 01什么是半导体材料？Copyright © xincailiao.com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、移动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。半导体存在的意义半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。 02半导体材料如何分类？Copyright © xincailiao.com•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。•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）。硅半导体锗半导体磷化镓硫化锌 03半导体材料的发展历程第一代半导体第二代半导体第三代半导体主要材料：Si Ge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 体单晶生长垂直生长直拉法悬浮区熔法垂直梯度凝固法垂直布里奇曼法水平生长水平布里奇曼法04半导体材料制备方法外延生长液相外延汽相外延物理汽相沉淀化学汽相沉淀分子束外延片状晶生长D-Web技术S-R技术EFG技术Copyright © xincailiao.com 工艺优势劣势对象直拉法完整性很高，生长率和晶体尺寸好高温下石英容器会污染熔体，造成晶体的纯度降低；不能生产出电阻率均匀的单晶体硅磁控直拉法氧含量可控、杂质条纹轻、微缺陷密度低、寿命长质量数据少，磁体体积耗电量大硅，化合物半导体液封直拉法适合制作高离解压的磷化物等单晶，简便可靠无法制作II-VI族化合物单晶GaAs、InP、GaP等区熔法纯度高，质量好；没有沾污工艺烦琐，生产成本较高；产量低锗、硅、GaAs等垂直梯度凝固设备简单，温度梯度小、错密度较低不便实时观察，要多次实验，成品率低GaAs、InP、GaP等垂直布里奇曼受热均匀，设备简单，表面不解离工艺重复性较差，成品率低GaAs、InP、GaP等水平布里奇曼设备较简单，温度梯度较小，可生长低EPD单晶难生长非掺杂半绝缘GaAs，加工会损失GaAs等05半导体材料制备方法体单晶生长 工艺优势劣势对象片状晶生长D-Web晶体质量好，可得到单晶工艺稳定性差，生产效率很低主要是太阳能硅晶体S-R工艺稳定性好，质量稳定只能制备多晶主要是太阳能硅晶体EFG生产效率极高晶体质量差，只能制备多晶主要是太阳能硅晶体工艺优势劣势对象外延生长液相外延设备简单，生长快，掺杂剂广，完整性好，纯度高方向上控制掺杂和多元化合物组合均匀性困难Si、GaAs、GaAlAs、GaP等气相外延可制造较厚外延层，可任意改变杂质浓度导电类型温度高，生长时间长Si、GaAs等分子束外延温度低，完全清洁，可随意调整生长速度极慢超晶格Copyright © xincailiao.com片状晶生长外延生长 二、半导体产业链分析五、碳化硅市场研究报告三、单晶硅市场研究报告八、半导体产业现状及发展趋势一、半导体基础知识简介四、砷化镓市场研究报告六、氮化镓市场研究报告七、半导体企业分析Copyright © xincailiao.com 06半导体产业链Copyright © xincailiao.com上游材料IP供应设备IC设计晶圆制造封装测试中游4C光伏LED......电网下游 07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，总销量台湾地区排名第一。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%。9.416.844.188.164.372.382.159.647.475.495.124.91.941.97024681012台湾南韩日本北美中国大陆欧洲其余销量（十亿美元）各国半导体设备销量20142015Copyright © xincailiao.com来源：Source：SEMI. 08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，半导体材料的市场一直要比半导体设备的市场要更大。半导体材料的技术壁垒较高，生产主要集中在台湾、日韩及北美地区等少数大型企业上。台湾地区维持了6年头把交椅，中国大陆市场规模增速远高于其他地区，全球占比上升至13%。9.67.037.0156.013.016.399.417.166.575.046.123.056.05024681012台湾南韩日本北美中国欧洲其余销量（十亿美元）各国半导体材料销量20142015Copyright © xincailiao.comSource：SEMI. 09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（Integrated Design and Manufacture）IDM公司指的是从芯片设计到晶圆制造再到封测投入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，在晶圆代工市场中拥有超过了50%的占有率。Copyright © xincailiao.com 10半导体中游分析2015在半导体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，来自韩国与台湾的分别有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，全球晶圆代工市场保持两位数的成长趋势。2015年因设备市场成长趋缓，让半导体制造商在决定晶圆代工订单时趋于保守。2015年全球半导体代工市场成长4.4%，为488亿美元。Copyright © xincailiao.com 11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，功能，上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。47.449.852.550.850.644464850525420122013201420152016（预测）产值（十亿美元）全球半导体封测产值Copyright © xincailiao.comSource：拓墣产业研究所 12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等下游市场的需求不足阻碍了半导体市场增长。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35.20%38.10%12.20%7.90%5.90%0.70%计算机通信消费电子汽车工业/医疗军事/政府Copyright © xincailiao.com 二、半导体产业链分析五、碳化硅市场研究报告三、单晶硅市场研究报告八、半导体产业现状及发展趋势一、半导体基础知识简介四、砷化镓市场研究报告六、氮化镓市场研究报告七、半导体企业分析Copyright © xincailiao.com 13单晶硅定义与特点Copyright © xincailiao.com电阻率特性：导电性明显受光、电、磁、温度等因素的影响。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。什么是单晶硅？特性形态单晶硅棒单晶方棒单晶硅片硅的单晶体，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。 14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。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、纯度受坩埚污染纯度较高少子寿命低高电阻率中低电阻，轴向电阻率分布不均匀能生产电阻率超过104的单晶应用晶体管、二极管、集成电路高压整流器、可控硅、探测器、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；可大规模生产。纯度很高，电学性能均匀缺点纯度低、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→种晶→缩颈→放肩→收尾多晶硅棒料打磨、清洗→装炉→高频电力加热→籽晶熔接→缩颈→放肩→结束直拉法和区熔法的比较Copyright © xincailiao.com 15单晶硅片生产及工艺