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1、半导体材料行业投资潜力及发展前景一、 半导体硅片行业概况半导体硅片是制造芯片的载体，因原材料为硅，又称为硅晶片。规划和无经理硅提炼、提纯、单晶硅生产、晶圆成型等工艺后，才能进入芯片单路蚀刻等后续环节，是制造芯片的最重要的前置工艺。该概念主要包含：研发及制造半导体晶圆、硅片以及抛光片等产品的公司。按照工艺类型分类，可以分为抛光片、外延片和SOI硅片。其中抛光片和外延片是市场主流产品，市场规模约130亿美元，SOI硅片主要用射频前端等特殊应用领域，市场规模约为10亿美元。抛光片：是将纳米级二氧化硅颗粒与高效粘合剂混合后，均匀地涂覆于聚酯薄膜的表面，经干燥和固化反应而成。外延片：外延是半导体工艺当中
2、的一种。在bipolar工艺中，硅片最底层是P型衬底硅（有的加点埋层）；然后在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层；再后来在外延层上注入基区、发射区等等。最后基本形成纵向NPN管结构：外延层在其中是集电区，外延上面有基区和发射区。外延片就是在衬底上做好外延层的硅片。SOI：全称为Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。一般以硅片的直径来区分规格，通常有6英寸、8英寸和12英寸。目前半导体硅片的尺寸一直在向大尺寸不断发展。直径大的半导体硅片可以降低单位芯片的平均生产成本，从而提供更高的规模经济规模。但是大尺寸硅片由于纯度高
3、，技术研发与规模化生产难度高，需要对生产工艺改进并且对设备性能进行提升。随着5G手机、高性能计算、汽车电动化及智能化、物联网等行业的驱动下，8英寸硅片和12英寸硅片已经成为主流。2021年Q4，8英寸硅片出货600万片/月，12英寸硅片出货量超过750万片/月。根据硅片应用场景，硅片可以分为正片、陪片和时刻电极。正片可以在晶圆制造中直接使用。陪片按功能又可以分为测试片、挡片和控片。测试片是用来实验和检查制造设备运行初期的状态，以改善其稳定性。挡片是用于新生产线的调试以及在晶圆生产的过程中对正品进行保护。控片是在正式生产前对新工艺测试和监控良率。二、 半导体硅片行业壁垒（一）半导体硅片技术壁垒半
4、导体硅片行业属于技术高度密集型行业，涵盖微电子学、物理学、材料学等诸多学科知识，需要有能综合运用各学科知识的能力。半导体硅片生产过程中涉及到拉晶、研磨、抛光、外延等众多工序，每一道工序涉及到的技术也不同，技术专业化程度高。此外，半导体行业的飞速发展对半导体硅片的尺寸、杂质含量、晶体缺陷、表面平整度等方面提出更高的要求，生产企业须具备相应的综合技术水平和研发能力才能跟市场发展需求。因此，技术构成了本行业的进入壁垒之一。（二）半导体硅片资金壁垒半导体硅片行业属于资金密集型行业。半导体硅片生产工艺复杂，企业前期需要投入大量的资金用于生产线以及相关配套设备的建造，且多数设备依赖进口，价格昂贵。随着半导
5、体技术的进步及客户需求的迭代也迫使企业需要不断投入设备才能紧跟时代发展步伐。因此资金也构成了行业进入壁垒之一。（三）半导体硅片人才壁垒半导体硅片的研发和生产过程复杂，涉及多学科领域，因此进入该行业需要具备综合专业知识和丰富生产经验的复合型人才。此外，生产设备的更新改造、调试等及生产工艺的改进均需要高水平的技术团队，需要大量的人力资源投入和时间积淀。人才壁垒是新进企业进入行业的屏障之一。（四）半导体硅片认证壁垒半导体硅片具备高技术型和高精密性，其优劣对电子元器件的性能产生重要影响，属于核心材料。因此，下游芯片制造厂商对半导体硅片供应商的选择非常谨慎，并设有严格的认证标准和程序，认证需花费较长时间
6、，例如面向汽车电子产品应用领域的半导体硅材料，整个认证过程需要1-2年时间。进入企业除了需要通过业内权威的质量管理体系认证以外，还面临较长时间的采购认证。三、 半导体硅片价格走势半导体硅片处于半导体行业产业链上游，其价格走势与半导体行业景气度密切相关。从2014年开始，受通讯、计算机、汽车产业、消费电子、光伏产业、智能电网、医疗电子等应用领域需求带动，人工智能、物联网等新兴产业崛起的影响，近些年半导体硅片价格探底回升，根据SEMI和公开数据整理，半导体硅片价格从2016年067美元/平方英寸增长至2021年价格098美元/平方英寸。预计伴随着下游市场持续增长，半导体硅片行业景气度将持续上升，从
7、而带动半导体硅材料价格上涨。四、 半导体硅片：半导体产业的基石半导体硅片是生产集成电路、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料。在众多半导体原材料中，硅具有明显的优势，硅熔点高、禁带宽度大，可广泛运用于高温、高压器件。此外，硅具有天然优质绝缘氧化层，在晶圆制造时可减少沉积绝缘体工序，从而减少了生产步骤并降低了生产成本。硅在自然界中的储量丰富，在地壳中约占27%，硅材料的成本显著低于其他类型半导体材料。由于硅的技术和成本优势，硅片成为了目前产量最大、应用范围最广的半导体材料，占据全部产品的90%以上，是半导体产业链基础性的一环。半导体硅片的生产流程复杂，涉及工艺众多，主要生产环节包含晶体生长、硅
8、片成型、外延生长等工艺。多晶硅经过熔化，接入籽晶，再通过旋转拉晶或者区域熔融的方式得到高纯度的单晶硅棒。单晶硅棒经过切、磨、抛等步骤形成抛光片，抛光片还可以进一步加工形成外延片。长晶是硅片生产最核心的环节，单晶制备阶段决定了硅片的直径、晶向、掺杂导电类型、电阻率范围及分布、碳氧浓度、晶格缺陷等技术参数。单晶硅制备方法包括直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）两类，直拉法市占率高。直拉法的原理是将高纯度的多晶硅原料放置在石英坩埚中，在高纯惰性气体的保护下加热熔化，再将单晶硅籽晶插入熔体表面，待籽晶与熔体找寻到熔化点后，随着籽晶的提拉晶体逐渐生长形成单晶硅棒；区熔法是把多晶硅棒放在熔炉里，放入一个籽晶
9、，然后用高频加热线圈加热籽晶与多晶接触区域生长单晶硅，区熔法因为没有坩埚的污染，生产的硅片纯度较高，碳、氧含量较低，耐高压性能好，区熔硅片代表产品有高压整流器、探测器等。直拉法是最常用的制备工艺，采用直拉法的硅单晶约占85%，12英寸硅片只能用直拉法生产。按照硅片尺寸分类，可分为6英寸及以下硅片、8英寸硅片和12英寸硅片，8英寸硅片和12英寸硅片是市场主流产品。五、 国内硅片企业加速产能扩充国内积极扩产8英寸和12英寸硅片产能，8英寸产能产能将增加90万片/月达298万片/月。12英寸现有产能90万片/月，计划扩产180万片/月，满产后将达到270万片/月。12英寸大硅片需求旺盛，海外产能有限
10、，为国内硅片企业提供战略发展期，国内硅片企业加速产品认证和客户导入，后续需密切关注各硅片公司客户认证和产能扩充进度。半导体硅片企业的下游客户是芯片制造企业，包括大型综合晶圆代工企业及专注于存储器制造、传感器制造与射频芯片制造等领域的芯片制造企业。半导体硅片的终端应用领域涵盖智能手机、平板电脑、便携式设备、物联网、汽车电子、人工智能、工业电子、航空航天等众多行业。随着科学技术的不断发展，新兴终端市场还将不断涌现。2020年下半年起，受益于5G、新能源汽车、物联网快速发展趋势，在功率半导体、电源管理芯片等产品需求带动下，硅片下游客户晶圆代工厂的市场需求持续稳步提升。结合ICInsights的测算，
11、预计2021至2026年全球晶圆代工市场规模将持续增长，到2026年全球市场将增长到887亿美元，年均复合增长率约为524%。同时，随着中芯国际、华力微电子、长江存储等中国大陆芯片制造企业的持续扩产，中国大陆芯片制造产能增速高于全球芯片产能增速，芯片制造产能的增长将带动国内半导体硅片的需求持续增长。六、 半导体硅片行业发展半导体硅片行业具有技术难度高、研发周期长、资金投入大、客户认证周期长等特点。全球半导体硅片进入壁垒高，核心技术主要被国外厂商所掌握。因此目前全球的半导体硅片市场主要由国外厂商主导，使行业呈现高度垄断的竞争格局。目前自2020第4季度芯片出现短缺以来，各国越发重视半导体产业链的
12、建设。美国、欧洲先后出台相关法案加大对产业的投资力度，扶持本土企业。但是随着国际局势的不明朗和贸易摩擦的加剧，使用国产硅片代替市场空间广阔，国内的半导体硅片企业将从众收益。除此之外，由于国外厂商新建产线需要一定的时间才能使公司产能增加且目前半导体硅片需求增加，国内公司不断提升的产能将会补充国外公司缺少的产能，从而使国内半导体硅片企业走向国际，提升在国际市场中的市占率。需求端：随着新能源汽车、物联网等下游行业的景气度提升，芯片的需求量提升。下游芯片的供应紧张向上游传导，硅片是芯片制造不可缺少且市场份额占比最大的原材料，因此硅片的需求量持续上涨。供应端：硅片厂商2021年满产满销，产能紧张。202
13、1年产能释放需要一定的周期，而需求量仍然较大，因此半导体硅片的价格会有一定的上升。七、 半导体硅片竞争分析国外企业产能扩张不如国内企业，国内企业的产能可以填补海外需求的空缺从而提升市场占有率，布局海外客户；下游行业发展快导致需求量较大。国外企业掌握核心技术，国内企业仍需不断研究；行业集中度低。下游企业发展，需求较大；国际贸易摩擦和国际局势不稳定，促进政府加大对半导体产业链的布局和投资，政策利好。国外的贸易摩擦；过度竞争；政策的多变。相较于国外的半导体硅片企业，国内的半导体企业成立较晚。成立较早的外国企业掌握核心科技从而拥有较高的垄断性。近20年，国外呈现市场集中度逐提升的趋势，核心供应商从20
14、多家缩减为至今的5家，企业主要通过兼并收购提升市场份额。对于硅片厂商而言，具备规模优势才能降低生产成本。除此之外，通过布局全产业链，兼并收购产业链上下游的企业，帮助企业提升产业链议价能力。直至2015年，我国的半导体硅片企业才开始进入发展状态。2020年沪硅产业才以22%的市场份额排名全球第七。在技术含量和产品供应能力方面，我国企业正在与外国领先企业缩小距离。硅片是芯片的起点，2021年全球半导体硅片市场规模达140亿美元，行业高度集中，CR5市场份额接近90%。硅片是用量最大的半导体材料，90%以上半导体产品使用硅片制造。随着5G、新能源、AIoT的快速渗透，2021年半导体行业迎来超级景气
15、周期，硅片需求持续旺盛，全球半导体硅片出货面积达142亿平方英寸，同比增长14%，市场规模达140亿美元。半导体行业周期性波动导致硅片需求周期性波动，硅片行业并购整合不断，行业竞争格局高度集中，前5大厂商市场份额接近90%。硅片新增产能释放需到2024年，短期供需有望持续偏紧，长期LTA有助稳量稳价。硅片扩产周期在2年以上，全球12英寸硅片在2020年之前主要依靠原有厂房进行产能扩充，新建厂房产能释放的高峰将在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍将处于供不应求的状态。本次产能扩张，下游晶圆厂与硅片厂商积极绑定，通过长期合约（Long-termAgreements）保障供应链稳定。
