半导体材料分类、发展历程及市场规模如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2024/07/30 13:29

种类丰富多样,以晶圆制造材料和封装材料为主。

半导体材料具有可调控的电子性质,常温下导电性能介于导体与绝缘体之间,是制作晶体管、 集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要材料。 按照工艺进行分类,半导体材料可分为晶圆制造材料和封装材料。其中,晶圆制造材料主要 包括硅片、特种气体、掩膜版、光刻胶、光刻胶配套材料、(通用)湿电子化学品、靶材、CMP 抛光材料等,主要用于前道工艺,包括氧化、光刻、刻蚀、离子注入、退火、薄膜沉积、清 洗、CMP 抛光等;封装材料主要包括封装基板、引线框架、 键合丝、包封材料、陶瓷基板、 芯片粘接材料等,主要用于后道工艺,包括晶圆切割、贴片、引线键合、模塑等。

按照代际,半导体材料自 19 世纪发展至今已第四代半导体材料,各个代际半导体材料并存, 各有所长并相互补充: 1) 第一代半导体材料以硅(Si)、锗(Ge)作衬底,其构建的晶体管取代了笨重的电子管, 促进了集成电路的快速发展。其应用最为广泛,包括手机、电脑、平板、可穿戴、电视、航 空航天以及新能源车、光伏等产业。 2)第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化 镓、砷化铟、砷化铝及其合金为代表,其拥有良好的电子迁移率、带隙等特性,主要用于制 作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优 良材料,广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和 GPS 导航等领域,但是第二代半导体材 料的资源较为稀缺,在价格昂贵的同时材料本身还带有毒性,对环境容易造成污染,以上种 种缺点使得第二代半导体材料的应用具有一定的局限性。

3)第三代半导体材料主要包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO),相比于前两 代半导体材料,第三代半导体材料不仅具有更加优秀的电子迁移率,而且具备耐压高、抗辐 射、热导率大等优势,更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,通常又被称为宽禁 带(Eg>2.3eV)半导体材料,也称为高温半导体材料。目前在半导体照明、新能源汽车、轨 道交通、新能源并网、开关电源、工业电机以及家用电器等领域得到应用。4)第四代半导体材料可分为超宽禁带半导体和超窄禁带半导体,其中超宽禁带半导体以氧化 镓(Ga2O3)、金刚石(C)为代表,超窄禁带半导体以锑化镓(GaSb)、锑化铟(InS b)。 从技术成熟度层面来看,氧化镓禁带宽度(Eg=4.9eV)比第三代半导体材料更好,在导电性 能和发光特性上也更优,因此在辐射探测传感器芯片、功率校正、逆变、高功率和超大功率 芯片产业上具有广阔的应用前景。整体而言,全球半导体依然以硅材料为主,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。

整个半导体行业的产业链上游供应链主要由半导体材料和半导体设备构成。作为芯片制造上 游的重要支柱,半导体材料决定了芯片性能的优劣,因此不同于其他非电子材料行业,半导 体材料对精度纯度等都有更为严格的要求,因此,芯片能否成功流片,对工艺制备过程中半 导体材料的选取及合理使用尤为关键。

根据 SEMI 数据,2006-2023 年全球半导体材料市场规模呈现波动并整体向上的态势。2023 年,受下游需求疲软、制造商调整库存的影响,晶圆厂利用率下降,材料消耗量随之下降,从 2022 年的历史高点 727 亿美元下降至 667 亿美元,同比下降 8.2%。分类型看,根据 SEMI 数据,2023 年全球半导体材料市场各品类市场规模均出现下滑,其中晶圆制造材料收入为 415 亿美元,同比下降 7%,占比 62.2%;封装材料市场规模收缩至 252 亿美元,同比下滑 幅度达 10%,占比 37.8%。

前瞻产业研究院, 五矿证券研究所 前瞻产业研究院, 五矿证券研究所 分国家/地区看,日本 2023 年半导体材料市场规模为 68.28 亿美元,同比下降 5.2% ,占比 10.2%;北美的市场规模 2023 年下滑幅度较大,从 2022 年 62.78 亿美元下降至 55.61 亿美 元,同比下降 11.4%,占比 8.3%;欧洲 2023 年市场规模为 43.19 亿美元,同比下降 5.7%, 占比 6.5%;韩国 2023 年半导体材料市场规模从 2022 年的 129.01 亿美元下滑至 105.75 亿 美元,同比下滑幅度达 18%,占比 15.9%;中国台湾以 191.76 亿美元的销售额,连续第 14 年成为全球最大的半导体材料消费地区,占比 28.8%;受需求增长的影响,中国大陆市场规 模从 2022 年的 129.7 亿美元提升至 130.85 亿美元,同比增长 0.9%,是所有国家/地区市场 中唯一实现同比增长的市场。 2023 年中国半导体材料市场规模为 322.61 亿美元,较 2022 年同比下滑 2.5%,但占比从 2022 年的 45.5%增长至 48.4%,为全球半导体材料市场规模最高的国家,作为全球最大市 场,其市场前景较为广阔。我们认为,半导体国产替代已经成为产业共识,半导体材料作为 晶圆制造及封装工艺的关键上游环节,国产硅片厂商有望充分受益于中国晶圆厂扩产以及自 主可控的红利,景气度持续提升。