电子级硅基材料行业发展概况

电子级硅基材料行业发展概况 一、 中国工业气体行业政策背景：政策推动行业发展 目前我国工业气体行业企业整体竞争力较弱，在政策方面国家鼓励工业气体创新发展，实现技术突破以提高国内企业竞争力，同时提高行业标准，促进行业健康发展。 二、 工业气体：行业快速发展，空间广阔享光明前景 （一）工业气体行业定义分类和特点 工业气体是一种瓶装的压缩气体，在常温常压下呈气态存在。随着中国经济的快速发展，工业气体作为现代工业的基础原材料，在国民经济中有着重要的地位和作用，广泛应用于钢铁冶炼、石油加工、焊接及金属加工、航空航天、汽车及运输设备等领域。由于工业气体对国民经济的发展有着战略性的先导作用，因此被喻为工业的血液。 根据应用领域的不同，工业气体可以分为大宗气体和特种气体。大宗气体指纯度要求低于5N，产销量大的工业气体，根据制备方式的不同可分为空分气体和合成气体。特种气体指被应用于特定领域，对纯度、品种、性质有特殊要求的工业气体，根据应用领域的不同可分为标准气体、医疗气体、激光气体、食品气体、电光源气体以及电子气体。 工业气体具有可压缩性和膨胀性的物理特性。可压缩性是指在温度恒定的情况下，一定量的气体体积与所受压力成反比，即所受压力越大，其体积越小。因此，工业气体通常以压缩或液化状态储存于钢瓶内。膨胀性是指气体在光照或受热后，温度升高，分子间的热运动加剧，体积增大。因此，容器内的工业气体在受高温、日晒的情况下，容易造成爆炸。 （二）工业气体发展历程 全球工业气体行业始于18世纪末，发展至今已十分成熟，大致可以分为三个阶段。萌芽期（18世纪末-20世纪中期）：工业气体主要被用于医用领域，逐步向商业领域发展。1772年氮气被首次分离出来，1776年氧气被成功分离，氮气、氧气的分离奠定了工业气体行业的基础。氧气最初用于医学领域，在19世纪末开始进入焊接的商业用途。1863年乙炔被发现，乙炔是一种常用的焊接气体，可溶于丙酮，从而使圆筒运输成为可能，工业加工领域广泛使用气体的潮流由此开始，推动了工业气体的商业用途。迅速发展的工业，两次世界大战以及运用氧气、乙炔焊接在20世纪中期大大推动了工业气体需求的增长。成长期（20世纪中期-20世纪80年代）：工业气体产业化，气体生产设备大规模兴建。1877年发明分馏的加工方法，第一次使得以低成本生产大量工业气体成为可能。钢铁厂放弃空气喷射法而改用氧气喷射法，氧气喷射法减少了碳与磷的含量，从而大大提高了钢铁产品的质量。同时氮也被大量用作惰性覆盖剂。由此推动了气体生产设备的大规模兴建。快速发展期（20世纪80年代至今）：电子产业兴起推动特种气体发展；传统市场消费增大，推动工业气体发展。电子产业的发展使运用于集成电路、显示面板等电子设备的电子特气需求增大，推动了特种气体行业的发展。金属预制及生产等传统市场消费增大，新的应用领域如保健、电子、饮料和食品包装等终端市场增加。 三、 工业气体行业概述 工业气体是常温常压下呈气态的工业产品的统称，因其应用领域广泛、涉及国民经济的诸多基础行业，被称为工业的血液。根据应用领域的不同，工业气体可分为大宗气体和特种气体，其中特种气体又可进一步细分为电子特气、高纯气体和标准气体等。 大宗气体呈现产销量较大，但对气体纯度要求不高（纯度要求通常低于5N）的特点，主要用于冶金、化工、机械、电力、造船等传统领域，按制备方式的不同，又可以分为以氧、氮、氩等为代表的空分气体和以乙炔、氨气、二氧化碳等为代表的合成气体。 特种气体主要包括电子特气、高纯气体以及标准气体，其中电子特气主要用于光伏、显示面板、新能源电池等领域。电子特气具有单位用量小、品质纯度要求高、包装储运要求高、单位价格高等特点。 四、 中国工业气体行业行业竞争格局 我国工业气体行业企业在发展的过程中形成了不同的竞争梯队，尽管目前外资企业占据了大量的市场份额，但是国产企业的发展势头毫不逊色。目前位于国内第一梯队的是外企德国林德、法国液化空气以及美国空气;第二梯队则是2020年相关营收大于50亿元的国内企业，分别是上海石化、诚志股份与杭氧股份;第三梯队的相关营收位于10-50亿元的区间内，主要有华谊集团、金宏气体、创元科技与中泰股份。 目前中国工业气体行业仍以外资企业德国林德、法国液化空气以及美国空气化工为主;国内厂商中，2020年上海石化中工业气体相关产物中间石化产品的营收为82．51亿元，占当年市场规模的5．06%;其次是诚志股份，其相关产品为清洁能源产品，营收达到了81．1亿元;第三的是杭氧股份，其业务气体销售在2020年的营收为54．2亿元。 五、 电子级硅烷行业发展概况 德国化学家H．Buff于1857年发现了硅烷这一物质，但由于缺少实际的应用场景，在随后的100年左右的时间里，硅烷只是少数研究者在实验室里研究的对象，未有任何的商业化用途。到了20世纪50年代，随着半导体产业及光伏产业等新兴产业的蓬勃发展，硅烷的商用场景才被逐步打开。 在行业发展初期，以德国、美国和日本为代表的国家垄断着当时全球电子级硅烷气生产的核心技术。由于海外气体行业龙头企业布局电子级硅烷气行业时间较早，较国内厂商更早地掌握了成熟的生产工艺，加之早期国内对于电子级硅烷气的总体需求也相对较少，因此在2008年前中国国内市场的电子级硅烷气供应完全依赖国外厂商。 在硅烷制备工艺方面，市场上主要有硅化镁法、氢化铝钠法和三氯氢硅歧化法。其中硅化镁法又称小松法，是世界上最早实现工业化的硅烷制备技术，其通过硅化镁粉与氯化铵在液氨环境中发生化学反应制备硅烷，但由于自身工艺特点，硅化镁法对三废处理的要求高且难以实现千吨级的大规模生产，目前该工艺仅有国外少量企业在使用。氢化铝钠法又称氟硅法，通过氢化铝钠与四氟化硅气体反应合成硅烷气体，为中宁硅业所采用的生产工艺。氯硅烷歧化法又称三氯氢硅歧化法，主要采用四氯化硅进行氢化反应生成三氯氢硅，然后三氯氢硅经过歧化反应生成二氯二氢硅，二氯二氢硅再次进行歧化反应生成硅烷，该工艺为行业内最普遍的生产工艺。 2008年，中宁硅业成为国内首家以氟硅法实现电子级硅烷气规模化生产的企业，标志着中国本土企业已经具备了量产电子级硅烷气的能力。2008年后，国内光伏及显示面板行业快速发展，得益于市场需求的推动，以及国内电子级硅烷生产工艺的不断完善，国内部分企业逐步实现了电子级硅烷气的规模化生产。 随着硅烷应用领域的持续拓展，硅烷已逐步拓展到新能源电池等新兴领域。目前电子级硅烷气应用场景均以镀膜工艺为主，单位用量相对较小，而在新材料领域，电子级硅烷则被直接作为高纯度的硅源进行使用，单位用量将远大于传统领域的使用量，市场需求将快速增长。 六、 电子特气行业发展趋势 （一）电子特气行业国家政策大力支持 电子特气行业属于国家产业政策重点支持发展的高新技术产业之一。自2009年以来，国家发改委、科技部、工信部和财政部等多部门相继印发了支持、规范电子特气行业的发展政策，内容涉及电子特气发展技术路线、电子特气制备项目安全运行规范等内容。2009年，国家科技部发布《国家火矩计划优先发展技术领域》，将专用气体等内容列入其中。2016年，科技部、财政部、国家税务局联合发布《高新技术企业认定管理办法》，将超净高纯试剂及特种（电子）气体等列为国家重点支持的高新技术领域。《十三五国家战略新兴产业发展规划》《新材料产业指南》《重点新材料首批应用示范指导目录（2017版）》等指导性文件，均明确提及并部署了气体产业的发展，旨在推动包括特种气体在内的关键材料国产化，并且对于特种气体确立了其新材料产业属性，有力推动了气体产业的发展。 半导体平面显示、太阳能电池等电子特气行业的下游应用领域也属于国家重点鼓励发展的新兴产业，国家对下游产业的支持也将推动电子气体行业的发展。随着下游产业的扩张，国内电子气体相关厂商迎来了良好的发展机遇，电子气体的国产化是必然趋势。 （二）电子特气行业下游需求持续扩张 光伏行业获益于国家双碳政策，在十四五规划期间发展空间巨大，行业整体规模预计实现翻倍。此外，随着全球面板产能向亚太地区进一步集中，国内厂商在显示面板行业的市场占有率逐步上升，显示面板的出货量也将稳步增加。 除了现有的下游市场需求持续扩大，近年来，需要使用电子级硅烷气的高科技应用还在不断涌现，如新能源电池等新兴领域。电子级硅烷气可通过化学气相沉积法用于制作新能源电池的硅基负极材料，随着传统石墨类负极生产企业、电池生产企业积极布局硅基负极材料的研发与生产，电子级硅烷气在硅基负极材料市场的需求量将迎来快速增长。 （三）电子特气行业的深入 随着国内下游新兴产业的技术更迭和快速发展，国内特种气体的市场容量持续扩大，电子级硅烷气作为危险化学品，在产品包装、运输规范上有着严格的规定，相较于国外企业，国内电子级硅烷气企业的物流成本更低，供货更及时、灵活，产品价格也具有明显优势，因此，国产化是未来行业发展的必然趋势。 七、 电子特气行业竞争格局 相较于下游光伏电池行业产能的迅速扩张、新材料应用领域需求的逐步增加，电子级硅烷气行业产能扩张相对较慢，市场呈现供小于求的状态，国内厂商的产能将主要满足国内市场的需求。 由于电子级硅烷气的生产存在技术壁垒、资金壁垒、客户壁垒等进入壁垒，目前行业内参与者相对较少。同时，电子级硅烷气作为必不可少的原材料，在光伏和面板领域，占产品生产成本比重较低（通常不到1%），因此下游客户对电子级硅烷气的产品价格不敏感，行业参与者不需要通过低价进行竞争，而是更多地将注意力放在自身产能的扩张以更好的满足下游客户扩产的需求，行业整体毛利率水平较高。