全球硅片市场

全球晶圆市场被前六大厂商分割

2008年金融危机后，全球经济逐渐复苏，硅片市场随之反弹。受益于通信、计算机、汽车、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以及人工智能、物联网等新兴产业的崛起，全球半导体硅片出货量呈现稳步上升趋势， 直至2019年因储存市场不振以及使得半导体行业景气度下降而出现小幅回落。2020年虽因新冠疫情导致多国公共和经济生活陷入了停顿，但其推动数字化浪潮。随着5G，智能汽车，物联网等终端需求增长，全球硅片出货量将缓慢增长预计在2023年达新高13,761百万英寸。

硅片行业呈现寡头垄断局面，海外厂商占据主要份额，截止2021年3月全球前六大厂商占比高达95%。2020年12月10日， 环球晶圆宣布同意以37.5亿欧元收购德国硅片制造商 Siltronic AG，此次收购合并完成后，环球晶圆将从全球第三大硅片生产商一跃成为全球第二大硅片制造商，全球市场集中度将进一步提高。当前各家硅片厂的扩产规划仍相对谨慎，对于硅 片厂而言，稳健扩产、推动硅片价格持续抬升，成为了业内共识。

良好的政策环境孕育新兴产业发展

政府大力扶持硅片产业，为其提供人才，资金多方位资助

欧美、日本和台湾的历史经验指出集成电路的发展离不开“无形的手”的支持。集成电路行业具备资金密集型、技术密集型、关联性强等特点，因此其需依托国家或地区支持才得以良好、茁壮的发展。在良好的政策环境和政策激励下，集成电路厂商才能够发挥协同效应，推动中国集成电路产业链的完善，形成良性的正反馈循环，营造良好的集成电路生态圈。

国内硅片逆势扩产

我国硅片产业正以13%复合年增长率增长

我国作为“世界工厂”，已具备完善的代加工体系但缺失核心技术的生产和研发能力。芯片产业是制造业的上游，被称之为“工业粮食”，是制造业必不可少的核心技术。中国制造2025计划旨在促进中国高端制造业的发展，在这个过程中芯片产业成为其中极其重要的环节。若要实现芯片产业链的国产化，首先要解决的是原材料供给。

随着半导体产业加速向中国转移，优秀人才的引进，国内公司在新晶圆代工和内存项目上的实力有所提高。从2017年到2020年，中国政府大力扶持硅片产业发展，多地投建硅片生产商并扩大硅片产能，晶圆厂产能以13％的复合年增长率增长。我国晶圆生产从2015年的每月230万片增长到2020年的471.7万片，预计在2035年能够实现858.3万片，但目前我国生产主流硅片为200mm，虽众多企业拓展300mm硅片生产线但其产品质量相较国际尖端产品仍有差距。

中国半导体市场规模

全球最大的半导体市场——中国

高端芯片、集成电路装备和工艺技术是经济、科学和军事的主要推动力。我国作为全球最大的集成电路和分立器件市场， 已实现分离器和低端集成电路国产化，但高端芯片国产化依然是卡脖子问题。2018年和2019年中兴和华为相继受美国制裁以及2021年年初新能源汽车芯片短缺，使得国人意识到实现高端芯片国产化的重要性和必要性，加速高端芯片供应链的完整性刻不容缓。

芯片产业链分布

全球芯片产业链顶级制造商被美，日韩及台湾地区控制

目前芯片供应链系统分散在各个国家并且对未来的国家竞争和国际安全都有着重大影响，芯片制造主要有两大类厂商：第一类是以三星为代表的一体化生厂商IDM（integration design manufactory）该类厂商是设计-生产-封测-销售一体化； 另一类为垂直分工类厂商。随着在芯片制造技术的提升过程中，工艺复杂性不断升高，包括芯片设计、掩膜制作等在内的一次性工程费用，以及每块芯片的制造成本都快速上升，垂直化分工的生产模式已成为主流。中国在高端芯片设计领域已出现优秀企业，但由于高端原材料、尖端代工厂和ATP工艺尚未成熟，高端芯片国产化仍然任重道远。

中国芯片供应链厂商数量

我国芯片供应链较为单一缺乏核心竞争能力

近年来中国不断深化和加强对与芯片供应链的完善，鼓励和支持芯片行业的发展，目前中国已经在ATP，组装和封测以及部分原材料上取得了一定成就，并且在设计和制造上面有所提高，但是在SME,EDA,核心IP和主要原材料等领域仍处于弱势。在原材料方面我国看似具备较为完善的上游供应链，但其产品质量较于国际水平仍处于劣势，尤其是在芯片核心材料硅片。

我国芯片供应链市场份额

我国芯片供应链价值低，竞争能力弱

目前美国控制全球半导体供应链总价值的39%，并与日本，欧洲（尤其是荷兰，英国和德国），台湾和韩国掌控着全球53%的半导体供应链，而中国占据7%左右的供应链价值。与发达国家和地区相比，目前中国大陆在芯片产业链的分工仍处于成长期，半导体材料和设备行业将成为未来增长的重点。

半导体硅片概念

半导体硅片是芯片制造的基石

半个世纪以来半导体的迅猛发展离不开两个因素：一是加工尺寸不断变细，提高集成度，降低器件单位成本；二是通过扩大晶圆底衬的尺寸，增加硅片单位面积可获得更多的芯片数量。这两者相辅相成，推动半导体的发展。因此半导体硅片的大尺寸化是集成电路厂商降低生产成本、提高芯片收得率和提升芯片性能的主要手段之一。

半导体硅片作为芯片制造最重要的材料，是我国半导体产业链与国际先进水平差距最大的环节之一。目前硅片最大尺寸为300mm（12英寸）其终端需求拉动主要为通讯设备，5G，手机以及数据中心等。200mm及以下的硅片大多应用于物联网，通讯设备，汽车和工业电子设备等领域。日本、美国、德国等国家的先进半导体硅片生产企业对于（200mm）6 英寸半导体硅片的生产技术已较为成熟。当前国际先进半导体硅片生产企业已实现7纳米节点300mm硅片的制造正在积极研发12英寸以上更大尺寸的半导体硅片，而我国目前的只实现了40/28纳米节点300mm硅片的小部分生产并且尚未能实现自给自足。

智能汽车硅片市场

“碳中和”和智能汽车双向驱动硅片市场

随着我国GDP的增长以及人民生活水平的提升，我国汽车消售市场预计11%年均增速增长，预计在2035年我国人均车有量将达到0.66。当前整体汽车市场从传统内燃油汽车向新能源和智能化转变，为芯片市场提供广阔的空间。

中国多次表示二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，我国也表示将在2035年禁售内燃机汽车。2020年初发布的《智能汽车创新发展战略》更是要求我国加快智能汽车发展，到2025年实现有条件自动驾驶的智能汽车规模化生产。不论是新能源汽车还是汽车智能化两者都将刺激传感器、芯片的需求，而200mm硅片作为大多是车用电子的原材料，将为其带来广阔的市场空间。

5G、3C硅片市场

5G、3C市场加速高端硅片市场需求

5G基建是国家高度重视的新基建项目，不仅可以支持更多数量的用户、扩大网络覆盖范围，还能加速迈向物联网时代的 步伐，甚至引领新的产业方向和新的经济发展点。5G并不是一个单一的无线接入技术，而是一个真正意义上的融合网络， 相比3G/4G技术，5G技术传输速率高、网络容量大、延时短，能将网络能效提升超过百倍，真正开启万物互联网时代。5G的发展对芯片提出了更高的要求，其推动新材料的发展同时也对现有硅片的性能发起了挑战。此外5G将加速物联网的建设，拉动了智能手机，电子设备，智能家居芯片的需求，同时也将增加对于高端硅片的需求。

中国硅片市场规模预测

终端市场和下游产业链的完整，硅片国产化亟待解决

我国作为半导体消费市场和半导体材料消费增长区， 并于2020年超台湾地区成为全球最大半导体设备市场可见我国半导体产业链升级刻不容缓，尤其是对与原材料市场的掌控，即对高端硅片技术的把握。

5G通讯，新能源汽车，3C产品以及物联网的需求拉动芯片的需求，同时对国产硅片的供给以及工艺水平的提升提出要求。芯片产业链的完善不仅仅是关乎军事发展，其对日常生活意义非凡是实现云时代，智能化的基石；而实现芯片国产化的基础是实现硅片国产化。我国的硅片需求正以8.6%年均增长率增长，我国作为主要的硅片消费市场，缺少对于高端硅片的掌控，这必然是对我国未来发展埋下不定时炸弹。

硅片生产环节

晶体生长、磨片化学和抛光为主要的硅片制造难点

半导体硅片的核心工艺包括单晶工艺、成型工艺、抛光工艺、外延工艺等，技术专业化程度颇高，其中晶体生长环节和 硅片抛光为核心环节。晶体生长环节是确保晶体完美和防止硅片产生漏电的关键步骤，该过程需在专有的晶体生长炉中， 在精确的温度控制下确保晶体不发生点缺陷、位错和原生等缺陷。单晶硅棒的直径是由籽晶拉出的速度和旋转速度决定 的，一般来说，上拉速率越慢，生长的单晶硅棒直径越大。切出的晶圆片的厚度与直径有关，虽然半导体器件的制备只 在晶圆的顶部几微米的范围内完成，但是晶圆的厚度一般要达到1mm，才能保证足够的机械应力支撑，因此晶圆的厚度会随直径的增长而增长。晶圆抛光和清洗是确保半导体基板材料超平坦和超干净的必要因素，平整的晶圆有利于光刻时 图案能完整的投影在表面。

硅片行业壁垒

硅片产业起步晚，需付诸加倍心血

我国半导体硅片产业发展起步较晚，在关键设备与硅单晶拉制、抛光、外延等核心技术上与国际先进水平存在较大差距。经过国内企业的多年努力，我国半导体硅片行业的技术水平有了显著提高，但整体而言与国际先进水平相比还存在一定差距。资金、技术、人才等壁垒也在很大程度上限制了我国半导体硅片行业的发展。此外，国内半导体硅片企业较为分散，与国外企业相比单体实力薄弱、科研投入有限，尚未能形成具有国际竞争力的企业。

我国硅片企业

国产硅片尚未形成龙头，产品较国际水平仍有差距

政策的推动和支持，我国硅片企业如雨后春笋出现，但因缺失技术、资金等多方面的供给，大多硅片企业处于成长期。我国硅片技术水平与国际领先水平存在差距，并且大多以生产200mm硅片为主。当前高端硅片仍然牢牢地掌握在海外厂商的手中，我国要实现硅片国产化自足仍需注入更多地投资，人才以及心血。

大硅片生产难点

450mm硅片时代何时到来

摩尔定律的核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能每隔两年翻一倍。因此按照摩尔定律的推算硅片应该也随之发展，未来硅片规模应该走向450mm以至于更大，然而一切并非如此发展，300mm硅片的实现普及近20年，450mm的硅片至今尚未面世。于2016年《自然》杂志提出摩尔时代已经接近尾声，未来的硅片发展方向是深度摩尔定律还是超摩尔定律。工艺和材料技术的创新突破，使摩尔定律得以延续。然而， 随着芯片设计尺寸的缩小，未来发展已很难重现20世纪的发展路径。业内普遍认为，5纳米或是硅基CMOS技术的极限， 此后的开发必须打破鳍型晶体管的结构和材料限制，从材料、工艺等方面创新研发延续摩尔定律的“深度摩尔”(More Moore)或已艰难。

第三代半导体材料

第三代半导体材料进入爬升期

第三代半导体（以碳化硅（SiC ）和氮化镓（GaN）为主）又称宽禁带半导体，禁带宽度在 2.2eV 以上，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点，逐步受到重视。SiC 与 GaN 相比较，前者相对 GaN 发展更早一些，技术成熟度也更高一些；两者有一个很大的区别是热导率，这使得在高功率应用中，SiC 占据统治地位；同时由于 GaN 具有更高的电子迁移率，因而能够比 SiC 或 Si 具有更高的开关速度，在高频率应用领域，GaN 具备优势。 SiC 与 GaN 将作为未来主流宽禁带半导体，目前我国大型汽车制造厂商已经加速该类产品的研发和制造。

其他材料的探索

量子自旋霍尔效应兴许能摆脱摩尔定律魔咒

摩尔定律的终结归根结底是由于电流在尺寸太小的半导体器件中的发热和损耗。从经典热力学的观点来看，封闭系统中的运动总从有序到无序，熵总是不断增加。电路中电子的无序运动终将转换成无规的热运动而耗散掉。想要延缓摩尔定律必须经可能地减少电路中的发热和损耗。

量子自旋霍尔效应，不需要外加磁场，当自旋和轨道的互相耦合作用足够大时，可以替代磁场的作用产生边缘电流。如果材料中两种自旋电子的密度相同，两种自旋留的电荷效应互相抵消，总电流为0，但总自旋顶流却不为0；从而便可能在给定的方向上，得到我们所需要的自旋流并将其应用于电路中。