半導體材料(Semiconductor Material)是一種介于導體和絕緣體之間的材料。它具有較高的電阻率,但在特定條件下可以成為良好的導體。半導體材料在電子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域中具有重要作用,例如用于制造晶體管、光電二極管、太陽(yáng)能電池等電子器件。常見(jiàn)的半導體材料包括硅、鍺、砷化鎵、砷化銦等。半導體材料是支撐半導體工業(yè)的基石,其發(fā)展對半導體技術(shù)的進(jìn)步具有深遠的影響。
主要包括鍺、硅、硒、硼、碲、銻等,其中硅和鍺的應用最為廣泛。上個(gè)世紀五十年代,鍺在半導體領(lǐng)域占據主導地位,然而,由于其耐高溫和抗輻射性能較差,逐漸在六十年代后期被硅材料所取代。硅制造的半導體器件具有較好的耐高溫和抗輻射性能,特別適用于大功率器件的制作。因此,硅已成為應用最為廣泛的半導體材料,目前的集成電路大多采用硅材料制造。
元素半導體
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硅 7440-21-3 | 硒 67782-49-2 | 鍺 7440-56-4 |
化合物半導體及其固溶體分為二元系(兩種元素組成)、三元系(三種元素組成)、多元系(多種元素組成)半導體材料。
III-V族化合物半導體:這類(lèi)半導體由III族元素(如鎵、鋁、銦等)和V族元素(如砷、磷、氮等)組成,如氮化鎵(GaN)、磷化鋁(AlP)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、砷化鎵磷(GaAsP)、磷化銦鎵(InGaP)等,在光電子學(xué)、微波器件、太陽(yáng)能電池和集成電路等領(lǐng)域都發(fā)揮著(zhù)重要作用。
III-V族化合物半導體
砷化鎵 1303-00-0
磷化銦 22398-80-7
氮化鎵 25617-97-4
II-VI族化合物半導體:這類(lèi)半導體由II族元素(如鎘、鋅、鎵等)和VI族元素(如硫、硒、氧等)組成,如氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、硒化鎘(CdSe)等,在光電子學(xué)、太陽(yáng)能電池、激光器和顯示技術(shù)等領(lǐng)域都發(fā)揮著(zhù)重要作用。
III-V族化合物半導體
氧化鋅 1314-13-2
硫化鎘 1306-23-6
硫化鋅 1314-98-3
IV-IV族化合物半導體:這類(lèi)半導體由IV族元素(如硅、鍺等)組成,如碳化硅(SiC)、鍺化硅(GeSi)等,在太陽(yáng)能電池、高溫電子器件、射頻功率器件和光電子器件等領(lǐng)域都發(fā)揮著(zhù)重要作用。金屬氧化物半導體:這類(lèi)半導體由金屬和氧元素組成,如氧化鋅(ZnO)、氧化銦銻(IAO)、氧化銦錫(ITO)等,在電子器件、光電子器件、傳感器和儲能設備等領(lǐng)域都發(fā)揮著(zhù)重要作用。
IV-IV族化合物半導體&金屬氧化物半導體
碳化硅 409-21-2
氧化銦錫 50926-11-9
氧化亞銅 1317-39-0
有機半導體具有成本低、易加工、易調節、柔性好等特點(diǎn),在有機發(fā)光二極管(OLED)、有機太陽(yáng)能電池、柔性顯示器、柔性傳感器等領(lǐng)域得到了廣泛的應用,可以為電子學(xué)、光電子學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展提供有力支撐,因此被認為是目前最具前景的半導體材料之一。目前可分為三種類(lèi)型:有機物、聚合物和給體受體絡(luò )合物,包括萘、蒽、酞菁、聚丙烯、聚苯乙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡(luò )合物等 。
有機半導體材料
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酞菁 183872-57-3 | 聚丙烯 9003-07-0 | 聚苯乙烯 9003-53-6 |
自21世紀初的《極大規模集成電路制造裝備及成套工藝》項目(即“02專(zhuān)項”)到“十二五”規劃、“十三五”規劃及各類(lèi)政策文件,政府部門(mén)對半導體行業(yè)的重視度、支持力度,以及對相關(guān)企業(yè)的支持力度逐年增強。通過(guò)政策、科研專(zhuān)項基金、產(chǎn)業(yè)基金等多種形式,政府為相關(guān)企業(yè)提供支持。在2020年10月發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》中更是提出了“強化國家戰略科技力量”的方針,重點(diǎn)強調要從“卡脖子”問(wèn)題清單和國家重大需求中找出科學(xué)難題。
集成電路產(chǎn)業(yè)一直是我國的一個(gè)發(fā)展瓶頸,我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的許多材料、設備、和工藝制造技術(shù)與全球領(lǐng)先水平之間存在著(zhù)顯著(zhù)差距。在一些領(lǐng)域,我們明顯處于“受制于人”的境地。突破這些技術(shù)壁壘和瓶頸問(wèn)題將是踐行“強化國家戰略科技力量”方針的重點(diǎn)之一。
隨著(zhù)中國大陸晶圓代工產(chǎn)能的提升,尤其是成熟制程產(chǎn)能的快速增長(cháng),中國大陸對中低端半導體材料的市場(chǎng)需求也將隨之上升。這不僅減輕了相關(guān)企業(yè)對頂尖材料研發(fā)的壓力,還為它們提供了將產(chǎn)品引入晶圓廠(chǎng)商的絕佳機會(huì )。一旦中國大陸半導體材料企業(yè)成功將現有產(chǎn)品引入市場(chǎng)并獲得穩定持續的訂單后,便可以進(jìn)入業(yè)務(wù)發(fā)展的良性循環(huán)中。有了可觀(guān)的持續現金流,它們才有足夠的資金投入更高端產(chǎn)品的研發(fā),并有望依靠自主研發(fā)能力突破尖端技術(shù)障礙。此外,部分企業(yè)已開(kāi)始在先進(jìn)制程所需的高尖端半導體材料市場(chǎng),比如ArF光刻膠和高端電子特氣領(lǐng)域,進(jìn)行布局,相關(guān)半導體材料產(chǎn)品已逐步滲透至高端領(lǐng)域。
根據SEMI統計,2022年中國臺灣和中國大陸合計占據了超過(guò)45%的半導體材料市場(chǎng),占比分別約為27.7%和17.8%。根據中商產(chǎn)業(yè)研究院數據及測算,預計到2023年,中國大陸半導體材料市場(chǎng)規模將達到1024億元,相對應2017-2023年的復合年增長(cháng)率約為11.8%,顯著(zhù)高于全球半導體材料市場(chǎng)的年均增速。然而,根據實(shí)際產(chǎn)品結構的需求來(lái)看,盡管中國大陸目前半導體材料市場(chǎng)規模居全球第二且增速較高,但由于晶圓代工技術(shù)能力的限制,整體半導體材料產(chǎn)品需求仍集中于中低端。同時(shí),從供給方面來(lái)看,盡管我國部分中低端半導體材料的自足能力逐步提升,但在高端半導體材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售方面仍存在較大不足。
資料來(lái)源:中商產(chǎn)業(yè)研究院預測