硅材料行业投资潜力及发展前景

硅材料行业投资潜力及发展前景一、 外延片行业面临的机遇与挑战（一）外延片行业面临的机遇1、外延片的下游应用市场规模将不断拓展功率器件方面，随着新能源汽车和高端工控对IGBT、MOSFET等功率器件需求的爆发，功率器件的产业地位将稳步提升，全球市场需求将持续增长。受工业控制、汽车电子、网络通讯等多领域应用的拉动，中国功率器件市场将进入高速发展期。CIS广泛应用于在手机摄像、航天、车载摄像、医疗电子、安防监控、工业视觉传感等领域。例如，手机摄像头的像素不断升级，单机摄像头数量也从一颗提升至三颗或四颗，对CIS的用量也相应提高三倍或四倍，直接拉动CIS市场规模快速增长。随着摄像头像素的持续提升，CIS的平均尺寸也将同步增大，外延片用量也会进一步扩大。PMIC是管理电子设备能量供应的核心器件，主要承担电子设备电源的管理、监控以及分配使用等功能，广泛应用于各类电子场景。在智能手机、5G通信基站、消费电子、物联网设备和充电桩等行业的高速成长驱动下，PMIC市场规模将迎来高速增长，对外延片的市场需求越来越大。2、中国外延片需求量将持续增长，进口替代空间广阔根据海关总署的统计，2021年我国集成电路进口额位居进口商品第一位，贸易逆差额达到4，326亿美元。随着国家政策的大力支持及行业内企业的持续努力，我国半导体行业已经取得了一定成果，相关产业存在巨大的空间。未来，随着中国半导体行业的不断发展，全球半导体制造等相关产业将持续向我国转移，中国半导体制造产能有望进一步扩大。受到中国下游产能扩大、下游半导体应用市场高速增长及终端应用不断拓展的驱动，预计未来中国外延片的需求总量将高速增长。预计到2025年，我国外延片市场规模将达到110亿元。然而，我国外延片自主化程度仍然较低。2021年我国8英寸外延片的需求量约71万片/月，供给量约49万片/月；2021年我国12英寸外延片的需求量约35万片/月，供给量约3万片/月。预计到2025年，8英寸及12英寸外延片供给缺口将分别达到30万片/月和34万片/月，存在较大的进口替代空间。因此，我国外延片需求的高速增长及巨大的进口替代潜力将给行业带来重要的发展机遇。（二）外延片行业面临的挑战1、外延片行业高端人才储备尚有不足半导体硅片行业属于技术密集型行业，对人才的知识背景、研发能力及经验积累均有较高要求。由于国内行业起步相对较晚，具有完备知识储备、丰富技术和市场经验、能胜任相应工作岗位的高端技术人才、销售人才及管理人才等较为稀缺，行业内高端人才需求缺口日益扩大，在一定程度上抑制了行业内企业的进一步发展。2、外延片行业资金需求量大半导体硅片行业属于资金密集型行业，厂商需要投入大量资金用于厂房建设、设备购置和技术研发，资本性支出金额较大，需要较大规模的资金支持。3、外延片行业上下游产业仍处于发展阶段在供应商方面，目前全球仅有少数海外企业可以批量供应高品质半导体多晶硅等必备原材料。而在下游客户及终端产品方面，晶圆代工企业、功率器件企业、集成电路制造企业以及为该类企业提供设备或原材料的国内企业，都处在快速发展及追赶世界先进水平阶段。行业发展会受到我国半导体产业链上下游相关企业发展进程及相关产品国产化程度的影响，行业需要加大技术研发投入，提升自身技术与工艺水平，与上下游企业共同发展。二、 半导体材料行业概况（一）半导体材料简介半导体材料处于整个半导体产业链的上游环节，对半导体产业发展起着重要支撑作用，具有产业规模大、细分行业多、技术门槛高等特点。半导体材料行业是半导体产业链中细分领域最多的产业链环节，其中晶圆制造材料包括硅片、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、工艺化学品、电子特气、靶材、CMP抛光材料（抛光液和抛光垫）及其他材料，封装材料包括引线框架、封装基板、陶瓷基板、键合丝、包封材料、芯片粘结材料及其他封装材料，每一种大类材料又包括几十种甚至上百种具体产品，细分子行业众多。（二）半导体材料行业发展现状全球半导体材料产业规模与全球半导体市场规模同步增长。2021年全球半导体材料的产业规模为628亿美元，同比增长136%。2022年后，预计全球半导体材料的产业规模将持续保持增长趋势，2025年产业规模预计将达到747亿美元。硅片是半导体材料的重要组成部分。半导体材料主要包括晶圆制造材料和封装材料，其中晶圆制造材料占比63%，硅片是晶圆制造材料中重要的基底材料。根据SEMI数据，2021年硅片占全球晶圆制造材料市场份额的比例高达35%。三、 外延片行业市场规模稳步提升全球外延片市场规模受下游半导体行业影响呈波动变化趋势。2017-2018年保持高速增长，2019-2020年期间受中美贸易关系、下游消费电子市场疲软等影响，外延片市场规模有所下降；进入2021年，随着5G应用、人工智能发展、云计算数据量需求大幅增加，促进半导体需求反弹，进而使得2021年全球外延片市场规模回升至86亿美元。未来，随着5G技术、AI、物联网等下游市场不断成熟，全球外延片市场规模总体将持续保持增长，预计2025年将达到109亿美元。在国内市场，中国作为全球重要的半导体产品终端市场，外延片行业市场规模呈稳定上升趋势。根据数据显示，2018-2021年，我国外延片行业市场规模从74亿元上升至92亿元，年均复合增长率为753%，预计2025年的市场规模将达到110亿元。四、 半导体硅片产业链半导体硅片产业链上游为多晶硅料，下游为集成电路和分立器件制造业。上游来看，制作多晶硅原料的主要成本为电力，国内半导体硅料的主要厂商为黄河水电，国际企业主要有德国瓦克。半导体硅片的下游为晶圆代工厂或IDM厂商，硅片的质量直接决定芯片的良率和质量，所以硅片厂商需要满足晶圆厂较长的质量验证期后才可形成稳定的合作关系，硅片加工成半导体器件后供应到终端应用领域。五、 外延片行业发展趋势近年来，受益于下游功率器件、模拟芯片市场规模的高速增长，外延片的市场需求也持续扩张。未来，随着越来越多智能终端及可穿戴设备的推出，新能源汽车、5G通信、物联网等新应用的普及，IGBT、MOSFET等功率器件及CIS、PMIC等模拟芯片产品的使用需求和应用范围均将进一步扩大，预计外延片的市场需求将持续增长。在国家高度重视、大力扶持半导体行业发展的大背景下，我国半导体产业快速发展，产业链各环节的产能和技术水平都取得了长足的进步，但相对而言，以硅片为代表的半导体材料仍是我国半导体产业较为薄弱的环节，对于进口的依赖程度依然较高，空间广阔。超越摩尔定律方向包括功率器件、模拟芯片、传感器等细分市场，侧重于功能的多样化，是由应用需求驱动的，其核心是在一个芯片上拥有更多的功能，目前8英寸硅片在这个领域占据主要地位。另一方面，英飞凌、客户A等国际先进厂商在制造功率器件时已开始使用12英寸外延片，华虹宏力、中芯集成等国内厂商也已建成12英寸功率器件生产线，12英寸产品的优势越来越明显，所需的技术要求也相应大幅提高。六、 外延片行业基本概述半导体硅片按照工艺划分，一般可分为硅研磨片、硅抛光片、硅外延片等，其中以硅抛光片和硅外延片为主，外延片是以抛光片作为衬底材料进行外延生长形成的半导体硅片。半导体硅片行业为技术密集型行业，生产技术涉及对热力学、固体物理、半导体物理、化学、计算机仿真/模拟等多门学科知识的综合运用。半导体硅片的生产流程较长，涉及工艺较多。半导体抛光片生产环节包含了拉晶、滚圆、切割、研磨、蚀刻、抛光、清洗等工艺；半导体外延片生产过程主要为在抛光片的基础上进行外延生长。七、 中国半导体硅片和外延片行业市场规模及未来发展趋势半导体硅片和外延片是半导体行业的基础产业，中国目前是世界上最大的消费市场，其市场规模和发展趋势对世界半导体行业有着重要的影响。2019年，中国半导体硅片和外延片行业的总规模达到了1745亿元，比上一年增长了141%。其中，硅片行业的市场规模达到了1077亿元，较2018年增长了157%，外延片行业的市场规模达到了668亿元，较2018年增长了118%。随着中国半导体行业的发展，硅片和外延片行业也将得到进一步的发展。据业界预测，到2024年，中国半导体硅片和外延片行业的总规模将达到2800亿元，硅片行业的市场规模将达到1700亿元，外延片行业的市场规模将达到1100亿元。未来，中国半导体硅片和外延片行业将继续受到政策和技术的支持，随着5G和物联网的发展，行业市场规模将进一步扩大，市场发展前景也将更加广阔。外延是半导体工艺当中的一种。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。因有些厂只做外延之后的工艺生产，所以他们买别人做好外延工艺的外延片来接着做后续工艺。根据国内第三方工商注册服务机构企查查查询结果显示，截止2021年12月底，国内存续和在业的企业中业务包含光芯片或者外延片，并通过查找范围品牌/产品，筛选之后企业有19996家，同比2020年年底的11698家增长8298家。从光芯片外延片行业人员规模企业发布的人才需求来看，研发和销售是企业人员需求量最大的两个部分，对研发岗位的需求高达55%，其后是销售客户支持类岗位，占18%。2019年中国光芯片外延片市场规模为112亿元，2020年受新冠疫情影响，中国光芯片外延片市场规模有所下降，但随着相关领域投资建设规模的扩大，中国光芯片外延片市场需求将持续增长，2021年光芯片外延片行业市场规模达到125亿元，同比增长1792%。在旺盛需求的推动下，国内严格的疫情防控措施为国内外光芯片外延片工厂提供复工生产、调升稼动率弥补库存的可能，因此产能扩张带来的刚需以及提前抢单共同推动了中国大陆地区光芯片外延片工业产值的增长，2021年光芯片外延片行业工业总产值达到118亿元，同比增长1683%。中国光芯片外延片产业结构逐步由小而全的综合制造模式逐步走向设计、制造、封装测试三业并举，各自相对独立发展的格局。根据国内第三方工商注册服务机构企查查查询结果显示，截止2021年12月底，国内存续和在业的企业中业务包含光芯片或者外延片，并通过查找范围品牌/产品，筛选之后企业有19996家，同比2020年年底的11698家增长8298家。八、 外延片市场销售额情况2015-2025年中国6/8/12英寸的外延片的销售额情况（按需求量计算销售额）。未来几年6/8/12英寸外延片的销售额不断增加，12英寸硅外延片的销售额增速最快，6/8英寸外延片也将持续增长，到2025年8英寸外延片的销售额预计将达到约6亿美元，12英寸硅外延片的销售额将达到77亿美元。九、 外延片行业发展现状全球外延片市场规模受下游半导体行业影响较大。数据显示，2016至2021年，全球半导体市场规模呈波动变化趋势，2021年全球外延片市场规模约为86亿美元，较2020年增加14亿美元。近年来国内外延片市场规模稳定增长，从2016年的64亿元增长至2021年的92亿元，期间年均复合增速为753%。中国作为全球重要的半导体产品终端市场，预计未来中国外延片市场的规模总体保持增长态势，至2025年将达到110亿元。十、 外延片行业概况（一）外延片简介半导体硅片可以按照产品种类、尺寸等进行划分。按照产品种类划分，一般可分为抛光片、外延片、SOI片等，外延片是以抛光片作为衬底材料进行外延生长形成的半导体硅片；按照尺寸划分，一般可分为4英寸（100mm）、5英寸（125mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）与12英寸（300mm）等。（二）外延片行业发展现状外延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功率器件制造、模拟芯片制造与传感器制造等领域的IDM厂商。外延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。全球外延片市场规模受下游半导体行业影响较大。根据赛迪顾问统计，2016年至2021年全球半导体市场规模呈波动变化趋势，2017年至2018年连续两年保持高速增长后，2019年至2020年受中美贸易关系、下游消费电子市场疲软等影响，外延片的市场规模有所下降。2020年下半年起，5G技术的应用、人工智能的发展，云计算数据量和终端电子产品需求大幅增加，以及新冠肺炎疫情蔓延带动居家办公、居家娱乐等信息化生活方式，促进了消费电子需求回升，半导体需求有所反弹，使得2021年全球外延片市场规模明显回升，达到86亿美元。根据赛迪顾问统计，受益于5G技术、人工智能、物联网等领域的不断成熟，未来几年全球外延片市场规模总体仍将保持增长，预计2025年将达到109亿美元。自2016年以来，我国外延片市场规模呈稳定上升趋势。2018年至2021年，中国外延片市场规模从74亿元上升至92亿元，年均复合增长率为753%，高于同期全球外延片的年均复合增长率，预计2025年的市场规模将达到110亿元。中国作为全球重要的半导体产品终端市场，预计未来中国外延片市场的规模将总体保持增长态势。我国外延片自主化程度水平仍然较低。根据赛迪顾问统计，2021年我国8英寸外延片的需求量约71万片/月，供给量约49万片/月；2021年我国12英寸外延片的需求量约35万片/月，供给量约3万片/月。预计到2025年，以上8英寸及12英寸外延片供给缺口将分别达到30万片/月和34万片/月。以8英寸硅片为例，8英寸硅片较6英寸硅片在面积上提升约178倍，由于硅片面积扩大，使得单硅片芯片产出数量也成倍增加；并且硅片实际利用的面积主要集中在中间部分，因为边缘部分不够平整以及存在缺陷，大尺寸硅片能够用于制造芯片的区域会更大。终端市场需求催生了对不同尺寸硅片的需求。硅片作为基础芯片材料，必须具备高纯净度、平整度、清洁度和低杂质污染度等特征，才能更好保持芯片原本设计的功能，随着尺寸增加，硅片质量控制和制造难度大幅增加。超越摩尔定律领域的产品更多注重设计上的优化，目前仍以8英寸产品为主。（三）外延片行业下游需求分析外延片下游应用领域广泛，通过制成功率器件、模拟芯片，最终应用于汽车电子、工业电子、消费电子、航天、安防等领域，下游领域需求的持续增长推动外延片市场规模的不断扩大。1、外延片汽车电子市场需求分析外延片通过制作成IGBT、MOSFET等功率器件，可以应用于汽车电子领域。电气化+智能驾驶+新能源汽车已经成为当前汽车行业三大核心驱动力，汽车电子也因此成为半导体下游领域需求增长最快的市场。随着汽车电子化、智能化提速，汽车半导体加速成长，2021年全球汽车半导体规模达到456亿美元。未来几年，随着智能驾驶、新能源汽车的技术升级趋势，全球的汽车电子规模将继续保持高速增长。预计到2025年全球汽车电子市场规模将达到552亿美元。2、外延片工业电子需求分析外延片通过制作成电源管理芯片（PMIC）等模拟芯片，可以应用于工业电子领域。电源管理芯片（PMIC）在工业设备和直流电机上担负电能转换、分配、检测及其他电能管理的职责，广泛应用于各类工业控制场景。随着工业智造40时代的来临，工业设备呈现智能互联、无人化生产的发展趋势。全球及中国在近几年大力发展智能制造、智能装备、工业物联网、无人机、智能生产机器人等新兴领域，为工业电子的成长带来了驱动力。2021年，全球工业电子市场规模为770亿美元。随着5G+工业互联网的到来，全球工业电子市场规模将继续保持高速增长。预计到2025年，全球工业电子市场规模将达到893亿美元。3、外延片消费电子需求分析外延片通过制作成MOSFET等功率器件、CIS和电源管理芯片（PMIC）等模拟芯片，可以应用于消费电子领域。目前全球智能手机的发展主要有三方面驱动因素：首先是新兴市场功能机向智能机切换，其次是5G手机渗透率持续提升，最后是折叠屏等新兴技术推动手机出货量增加。得益于4G网络的完善与移动互联网的普及，全球智能手机产业经历了多年的快速发展。随着5G应用的普及和新兴市场的需求增长，未来全球智能手机市场仍将具备一定的市场规模。受新冠疫情影响，在线课程、远程会议、短视频和网络游戏等使用场景提高了平板电脑的使用频率；其次，国内越来越多的工厂车间正在逐步向数字化、自动化和智能化方向转型，平板电脑在工业领域的应用窗口亦已打开；再次，5G时代的到来使远程问诊成为现实，医疗信息化软件的更新会引领终端平板电脑类硬件的更新换代。