半导体材料是半导体产业链中重要一环。集成电路产业链主要包括设计、制造、封测三 个部分，而芯片制造和封测的每一个环节几乎都离不开半导体材料的应用。而集成电路 应用于下游电子、电器、汽车、军工、航空航天、工业、医疗等诸多领域，已发展成为 国民经济的核心产业，成为信息产业的核心支撑产业。

半导体“好风助力”，半导体材料成长快速

半导体材料实际上是指锗、硅、砷化镓一类材料．因为它们的导电性介于金属和非金属之间,所以称为半导体。由于半导体的微观结构是按一定规则排列的晶体结构,因此半导体管也叫晶体管。

全球半导体材料市场规模持续增长。半导体材料包括晶圆制造材料和封装材料，2021 年 全球半导体晶圆材料市场规模为 404 亿美元，全球半导体封装测试材料市场规模为 239 亿美元。晶圆制造材料包括硅片及硅材料、光掩膜、电子气体、光刻胶及配套试剂、CMP 抛光材料、工艺化学品及靶材等。

下游全球半导体市场仍将保持较快增长。根据 Gartner 数据，随着疫情影响的逐步消散， 2021 年全球半导体市场规模达 5950 亿美元，同比增长 26.3%；中长期来看，未来 5G 及汽车电子化的发展，有望带动半导体行业进入新的增长期，预计 2026 年全球半导体 市场规模将达到 7900 亿美金，维持 6%左右的年均复合增速。

逻辑芯片和存储芯片为主要增长动力。根据 WSTS 的数据，全球半导体销售额由 2009 年的 2263.1 亿美元增加到 2021 年的 5558.9 亿美元，年均复合增速为 7.8%，其中集 成电路占据最主要的市场，其规模占比维持在 80%以上。集成电路可分为逻辑芯片、存 储芯片、微处理芯片和模拟芯片，2021 年逻辑芯片和存储芯片销售额分别为 1548.4 亿 美元和 1538.4 亿美元，占集成电路比例分别为 33.4%和 33.2%，为集成电路的主要增 长动力。

得益于全球半导体长期持续发展，未来上游半导体材料也将随之保持蓬勃发展。随着半导体产业向中国转移，国内相关材料产业也将快速崛起。

这些半导体材料将大有作为

1、硅片

硅片位于半导体产业链上游，是半导体器件和太阳能电池的主要原材料，主要应用于光 伏和半导体两个领域，下游需求近年来不断增长。分领域来看，光伏用硅片的产能大多 集中在我国，中环、隆基等龙头公司实力强劲，生产技术水平全球领先；半导体硅片相 对于光伏用硅片而言制作工艺更为复杂，应用场景也更多，市场价值更高，然而我国的 半导体硅片产业起步晚，发展水平较为落后，全球市场被日本厂家垄断，市场主流的 12 寸硅片在我国仍未达到规模化生产，严重依赖进口，以沪硅产业为代表的国内企业正努力打破技术壁垒，国产化替代的空间广阔。

硅片下游应用广泛，是半导体器件和光伏电池的重要材料

硅是一种良好的半导体材料，耐高温、抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。以 硅为原材料，通过拉单晶制作成硅棒，然后进行切割就形成了硅片。硅片主要用于半导 体、光伏两大领域，半导体硅片在晶体、形状、尺寸大小、纯度等方面要比光伏用晶片 要求更高，光伏用硅片的纯度要求硅含量为 4N-6N 之间（99.99%-99.9999%），半导体 用硅片在 9N-11N（99.9999999%-99.999999999%)左右，制作工艺更加复杂，下游应 用也更为广泛。半导体用硅片位于产业链的最上游，主要应用于集成电路、分立器件及 传感器，是制造芯片的关键材料，影响着更下游的汽车、计算机等产业的发展，是半导 体产业链的基石。

光伏用硅片：我国产能领先，龙头企业实力强劲

光伏产业是国家战略新兴产业之一，光伏用硅片位于光伏产业链的上游，近年来其需求 在不断上升，据 CPIA 预测，全球光伏市场的年装机量在 2021 年将会达到 150GW， 具有广阔的市场和发展前景。我国是世界上最大的光伏用单晶硅片的生产国，据中国有 色金属工业协会硅业分会统计，截至 2019 年底，我国单晶硅片产能为 115GW，占全 球的 97.6%。龙头企业隆基和中环占据国内单晶硅片 50%以上的市场份额，并在持续 扩张产能的进程之中，新势力公司上机数控和京运通也在加速扩产。

半导体硅片：严重依赖进口，国产替代空间广阔

受益于半导体产品的技术进步和下游相关电子消费品的品类增加，半导体硅片的需求量 逐年上升，规模不断增长，2020 年全球半导体硅片的出货量达到 12.41 亿平方英寸， 根据 Gartner 的预测，2020 年全球硅片市场的规模将达到 110 亿美元左右，半导体硅 片的市场前景广阔。

由于半导体硅片行业技术壁垒较高，当今全球半导体硅片行业被巨头垄断，集中度高， 中国大陆地区厂商体量小。2020 年全球前五大硅片提供商日本信越化学（Shin-Etsu）、 日本胜高（SUMCO）、中国台湾环球晶圆（GlobalWafers）、德国世创（Silitronic）、韩 国鲜京矽特隆（SKSiltron）市占率合计超过 80%，我国大陆本土厂商沪硅产业市占率 约 2.2%，体量较小。

硅片尺寸越大，单位晶圆生产效率越高。从 20 世纪 70 年代开始硅片就朝着大尺寸方 向发展，当今全球最大尺寸的量产型硅片尺寸为 300mm，也就是 12 英寸硅片。

12 英 寸晶圆的需求近年来不断上升，据日本胜高预测，12 英寸晶圆 2020-2024 年的 CAGR 可达 5.1%。全球的半导体硅片产能主要集中在行业巨头，我国半导体硅片起步晚，发 展较为落后，仅有少数几家企业具有 200mm（8 英寸）硅片的生产力，我国的 12 英寸 硅片在 2017 年以前全部依赖进口。

制作大硅片对硅的纯度要求很高，对倒角、精密磨削的加工工艺也有非常高的要求，我 国的工艺水平落后，尚未实现 12 英寸硅片的规模化生产。沪硅产业在 2018 年实现了 12 寸硅片规模化销售，打破了大尺寸硅片国产率为 0 的局面。

12 英寸硅片仍然是当今 硅片市场的主流，国内厂商具备追赶机会，大尺寸硅片的国产替代仍然具有较大的空间。为推动半导体硅片这一重要材料的国产化进程，我国政府也出台了一系列政策来支持产业发展，推动大尺寸硅片的研发制造，促进半导体产业的发展。

2、碳化硅（SiC）

碳化硅是第三代半导体材料，具有非常优越的性能，是功率器件的重要原材料，近年来 各国都投入大量人力物力发展相关产业。碳化硅行业门槛比较高，我国生产技术水平及 较为落后，目前产业格局呈现美国独大的特点，仅Cree 一家公司就占据导电型碳化硅 晶片全球 62%的份额。碳化硅市场的发展前景广阔，近年来不断在电动车、光伏、轨道 交通、智能电网等领域渗透，拥有强劲的下游需求，市场规模不断扩大。我国也在对碳 化硅全产业链进行布局，今年来相关专利数量不断上升，以天科合达为代表的晶片生产 厂商的市占率也在逐年提高，我国的碳化硅产业的未来发展空间较大。

第三代半导体材料，新能源与 5G 的基石

碳化硅是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料，也是第三代半导体材料的代表材料。碳 化硅材料具有很多优点：化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨耐高压。采 用碳化硅材料的产品，与相同电气参数的产品比较，可缩小 50%体积，降低 80%能量 损耗，由于这些特性，世界各国对碳化硅材料非常重视，纷纷投入大量精力促进相关产 业发展，国际上的各大半导体巨头也都投入巨资发展碳化硅器件。随着技术工艺的成熟、 制备成本的下降，应用在各类功率器件上，近年来碳化硅功率器件在新能源汽车领域渗 透率持续上升，是未来新能源、5G 通信领域中 SiC、GaN 器件的重要原材料。

欧美占据 SiC 产业链的关键位置

碳化硅生产过程分为单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤，对应的是产业链衬底、 外延、器件与模组三大环节。碳化硅行业存在较高的技术门槛，研发时间长，美国、欧 洲、日本等国家与地区多年来不断改良碳化硅单晶的制备技术、研发制造相关设备，在 碳化硅产业链各环节都具有较大优势。

行业巨头 CREE 实力强劲，其旗下的 Wolfspeed 拥有垂直一体化的生产能力，在功率和射频器件市场具有领导地位；欧洲的英飞凌、意 法半导体等公司拥有完整的碳化硅生产以及应用产业链;日本的罗姆半导体、三菱电机 等在碳化硅功率模块开发方面领先。

近年来代工企业也在增多，大陆与中国台湾地区企业逐 步进入，代工企业包括大陆的三安集成、中国台湾地区的汉磊科技等。

目前，碳化硅产业格局呈现美国独大的特点。以重要产品导电型碳化硅晶片为例，2018 年美国占有全球产量的 70%以上，仅 CREE 一家公司就占据 62%的市场份额，剩余份 额大部分被日本和欧洲的其他企业占据，中国企业仅占 1.7%的份额。

新能源汽车、光伏产业发展促进碳化硅市场成长

碳化硅是极限功率器件的理想材料，耐高温高压，能源转换效率高，应用领域广阔。目前碳化硅功率器件有四个主要应用场景：

1）新能源汽车：电机驱动系统中的主逆变器；

2）光伏：光伏逆变器；

3）轨道交通：功率半导体器件；

4）智能电网：固态变压器、 柔性交流输电、柔性直流输电、高压直流输电及配电系统。随着碳化硅功率器件的进一步发展，其在各个领域的渗透率不断提高。

据 Yole，全球车载 SiC 功率器件的市场空间 为预计到 2024 年可以达到 19.3 亿美金，对应 2018-2024 年复合增速达到 29%。据天 科合达招股说明书预测，碳化硅功率器件在光伏逆变器中的占比在2025年将达到50%， 轨道交通中碳化硅器件应用占比也将逐步上升。

在电动车和光伏逆变器需求的拉动下，根据 Omdia 预测，碳化硅和氮化镓功率半导体 的新兴市场预计在 2021 年突破 10 亿美元；根据 IHS Markit 数据，2018 年碳化硅功率 器件市场规模约 3.9 亿美元，受益于新能源汽车需求增长以及光伏产业的发展。

预计到 2027 年碳化硅功率器件的市场规模将超过 100 亿美元，碳化硅行业的成长动力充足。

3、高纯金属溅射靶材

溅射靶材是集成电路的核心材料之一，近年来向着高溅射率、高纯金属的方向发展。其 下游应用场景主要包括半导体、面板、太阳能电池，随着消费电子终端市场的发展与完 善，高纯金属溅射靶材的下游需求不断上升，2013-2020 年全球靶材市场规模的复合增 速达 14%，市场规模逐渐扩大。

溅射靶材的行业壁垒较高，美国与日本企业掌握核心技 术，垄断全球市场。我国的溅射靶材行业起步较晚，较为落后，但市场需求全球领先， 国产替代空间大。国内企业正在逐渐突破技术瓶颈，为打破美日垄断高端靶材市场的不 利局面而努力。

（1）集成电路的核心材料

溅射是制备薄膜材料的重要技术之一，溅射是指利用离子源产生的离子，在真空中经过 加速聚集而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交 换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜 的原材料，称为溅射靶材。集成电路中单元器件内部的介质层、导体层甚至保护层都要 用到溅射镀膜工艺。

超高纯金属及溅射靶材是电子材料的重要组成部分，溅射靶材产业链主要包括金属提纯、 靶材制造、溅射镀膜和终端应用等环节。靶材制造和溅射镀膜环节是整个溅射靶材产业 链中的关键环节，对工艺水平要求高，存在较高的进入壁垒。靶材如今向着高溅射率、 晶粒晶向控制、大尺寸、高纯金属的方向发展。现在主要的高纯金属溅射靶材包括铝靶、 钛靶、钽靶、钨钛靶等，是制备集成电路的核心材料。

（2）消费电子推动靶材市场规模扩大

高纯溅射靶材产品的下游产业市场容量近年来在逐步扩大：

1）半导体产业：随着智能 手机、平板电脑等终端消费领域对半导体需求的持续增长，半导体市场容量进一步提升， 半导体行业所需溅射靶材品种繁多，需求量大，稳定的下游市场增速将有力地促进溅射 靶材销售规模的增长。

2）平板显示器产业：近年来，液晶显示器逐渐成为全球主流的 显示技术，在平面显示市场中得到了广泛的应用。为了保证平板显示器大面积膜层的均 匀性，溅射技术越来越多地被用来制备这些膜层。

20 世纪 90 年代以来，消费电子等终端应用市场的飞速发展推动高纯溅射靶材产业的发 展，市场规模高速增长。2013-2020 年，全球溅射靶材市场规模预计将从 75.6 亿美元 上升至 195.63 亿美元，复合增速为 14.42%。

（3）高端靶材研制与生产主要集中在美国和日本

国外知名靶材公司在靶材研发生产方面已有几十年的沉淀。全球范围内，溅射靶材产业 链各环节参与企业数量基本呈金字塔型分布，高纯溅射靶材制造环节技术门槛高、设备 投资大，具有规模化生产能力的企业数量相对较少，主要分布在美国、日本等国家和地 区。目前全球溅射靶材市场内主要有四家企业，分别是 JX 日矿金属、霍尼韦尔、东曹 和普莱克斯，市场份额占比分别为 30%、20%、20%和 10%，合计垄断了全球 80%的 市场份额。其中最高端的晶圆制造靶材市场基本被这四家公司所垄断，合计约占全球晶 圆制造靶材市场份额的 90%，JX 日矿金属规模最大，占全球晶圆制造靶材市场份额比 例为 30%。

（4）高端靶材国内需求强劲，国产替代空间大

据测算 2019 年国内需求占全球靶材市场规模超过 30%，而本土厂商供给约占国内市 场的 30%，高端靶材主要从美日韩进口，国内靶材市场至少有十倍的进口替代空间。仅 就半导体用户靶材而言，据中国电子材料行业协会统计，2020 年国内半导体领域用溅 射靶材市场规模 16.15 亿元人民币。预计到 2025 年，国内晶圆制造用溅射靶材市场规 模将增长至 2.17 亿美元，封装领域用溅射靶材将增长至 1.18 亿美元，合计 3.35 亿美 元，大约是人民币 23.45 亿元人民币左右。