半导体材料产业发展前景预测与投资战略规划

半导体材料产业发展前景预测与投资战略规划

半导体硅片价格走势半导体硅片处于半导体行业产业链上游，其价格走势与半导体行业景气度密切相关。从2014年开始，受通讯、计算机、汽车产业、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，人工智能、物联网等新兴产业崛起的影响，近些年半导体硅片价格探底回升，根据SEMI和公开数据整理，半导体硅片价格从2016年0．67美元/平方英寸增长至2021年价格0．98美元/平方英寸。预计伴随着下游市场持续增长，半导体硅片行业景气度将持续上升，从而带动半导体硅材料价格上涨。半导体硅片技术发展半导体硅片的生产工艺流程复杂，涉及工艺众多，主要生产环节包含了晶体成长、硅片成型、外延生长等工艺。晶体成长主要指电子级高纯度多晶硅通过单晶生长工艺拉制成单晶硅棒。硅片成型主要指将单晶硅棒通过滚圆、切割、清洗、研磨、抛光、再清洗去除杂质等工艺，加工成为半导体硅抛光片。外延生长主要指通过化学气相沉积的方式在半导体硅抛光片上生长一层或多层掺杂类型、电阻率、厚度和晶格结构都符合特定器件要求的新硅单晶层，形成半导体硅外延片。光伏行业的硅片尺寸跟随着半导体行业晶圆尺寸发展的步伐，半导体行业晶圆尺寸不断变大，光伏行业尺寸也相应迭代。2019年8月，TCL中环正式推出基于12英寸长晶技术的硅片产品，包含M12（210mm-f295）、M10（200mm-f281）、M9（192mm-f270）三种规格。G12产品将整个产业链提升到全新的平台。作为行业的龙头企业，半导体硅片行业的龙头TCL中环、华润微等企业拥有超千份专利。中国半导体行业协会于1990年11月17日成立，是由全国半导体界从事集成电路、半导体分立器件、半导体材料和设备的生产、设计、科研、开发、经营、应用、教学的单位及其它相关的企、事业单位自愿参加的、非营利性的、行业自律的全国性社会团体。协会宗旨是按照国家的宪法、法律、法规和政策开展本行业的各项活动；为会员服务，为行业服务，为政府服务；在政府和会员单位之间发挥桥梁和纽带作用；维护会员单位和本行业的合法权益，促进半导体行业的发展。半导体硅片：半导体产业的基石半导体硅片是生产集成电路、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料。在众多半导体原材料中，硅具有明显的优势，硅熔点高、禁带宽度大，可广泛运用于高温、高压器件。此外，硅具有天然优质绝缘氧化层，在晶圆制造时可减少沉积绝缘体工序，从而减少了生产步骤并降低了生产成本。硅在自然界中的储量丰富，在地壳中约占27%，硅材料的成本显著低于其他类型半导体材料。由于硅的技术和成本优势，硅片成为了目前产量最大、应用范围最广的半导体材料，占据全部产品的90%以上，是半导体产业链基础性的一环。半导体硅片的生产流程复杂，涉及工艺众多，主要生产环节包含晶体生长、硅片成型、外延生长等工艺。多晶硅经过熔化，接入籽晶，再通过旋转拉晶或者区域熔融的方式得到高纯度的单晶硅棒。单晶硅棒经过切、磨、抛等步骤形成抛光片，抛光片还可以进一步加工形成外延片。长晶是硅片生产最核心的环节，单晶制备阶段决定了硅片的直径、晶向、掺杂导电类型、电阻率范围及分布、碳氧浓度、晶格缺陷等技术参数。单晶硅制备方法包括直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）两类，直拉法市占率高。直拉法的原理是将高纯度的多晶硅原料放置在石英坩埚中，在高纯惰性气体的保护下加热熔化，再将单晶硅籽晶插入熔体表面，待籽晶与熔体找寻到熔化点后，随着籽晶的提拉晶体逐渐生长形成单晶硅棒；区熔法是把多晶硅棒放在熔炉里，放入一个籽晶，然后用高频加热线圈加热籽晶与多晶接触区域生长单晶硅，区熔法因为没有坩埚的污染，生产的硅片纯度较高，碳、氧含量较低，耐高压性能好，区熔硅片代表产品有高压整流器、探测器等。直拉法是最常用的制备工艺，采用直拉法的硅单晶约占85%，12英寸硅片只能用直拉法生产。按照硅片尺寸分类，可分为6英寸及以下硅片、8英寸硅片和12英寸硅片，8英寸硅片和12英寸硅片是市场主流产品。硅片行业竞争格局从全球市场来看，半导体硅片市场集中度高，前五大供应商稳态竞争格局渐成，垄断全球90%左右的市场份额。国际大厂具有雄厚的资本实力，多年的研发投入与历史技术积累，使其始终掌握着国际上最先进的半导体硅片制造技术，特别是在8英寸和12英寸大尺寸硅片市场具有垄断地位。排名前五的厂商分别为日本信越化学、日本胜高（SUMCO）、中国台湾环球晶圆（GlobalWafers）、德国世创（Siltronic）、韩国鲜京矽特隆（SKSiltron）。与国际主要半导体硅片供应商相比，中国大陆半导体硅片企业技术较为薄弱，市场份额较小。近年来，国内厂商加快了半导体硅片的研发投入和建设，已基本解决了6英寸及以下尺寸硅片的自主供应；国内主流硅片企业已具备8英寸半导体硅片的生产能力，但市场占有率较低；在12英寸硅片生产方面，国内技术水平仍较低，目前仅有沪硅产业、立昂微、TCL中环、西安奕斯伟硅片技术等少数厂商具备生产能力。近年来国内企业积极布局8英寸以上半导体硅片领域，未来有望真正切入大硅片的市场，占据一定的份额。半导体硅片行业发展半导体硅片行业具有技术难度高、研发周期长、资金投入大、客户认证周期长等特点。全球半导体硅片进入壁垒高，核心技术主要被国外厂商所掌握。因此目前全球的半导体硅片市场主要由国外厂商主导，使行业呈现高度垄断的竞争格局。目前自2020第4季度芯片出现短缺以来，各国越发重视半导体产业链的建设。美国、欧洲先后出台相关法案加大对产业的投资力度，扶持本土企业。但是随着国际局势的不明朗和贸易摩擦的加剧，使用国产硅片代替市场空间广阔，国内的半导体硅片企业将从众收益。除此之外，由于国外厂商新建产线需要一定的时间才能使公司产能增加且目前半导体硅片需求增加，国内公司不断提升的产能将会补充国外公司缺少的产能，从而使国内半导体硅片企业走向国际，提升在国际市场中的市占率。需求端：随着新能源汽车、物联网等下游行业的景气度提升，芯片的需求量提升。下游芯片的供应紧张向上游传导，硅片是芯片制造不可缺少且市场份额占比最大的原材料，因此硅片的需求量持续上涨。供应端：硅片厂商2021年满产满销，产能紧张。2021年产能释放需要一定的周期，而需求量仍然较大，因此半导体硅片的价格会有一定的上升。半导体硅片竞争分析国外企业产能扩张不如国内企业，国内企业的产能可以填补海外需求的空缺从而提升市场占有率，布局海外客户；下游行业发展快导致需求量较大。国外企业掌握核心技术，国内企业仍需不断研究；行业集中度低。下游企业发展，需求较大；国际贸易摩擦和国际局势不稳定，促进政府加大对半导体产业链的布局和投资，政策利好。国外的贸易摩擦；过度竞争；政策的多变。相较于国外的半导体硅片企业，国内的半导体企业成立较晚。成立较早的外国企业掌握核心科技从而拥有较高的垄断性。近20年，国外呈现市场集中度逐提升的趋势，核心供应商从20多家缩减为至今的5家，企业主要通过兼并收购提升市场份额。对于硅片厂商而言，具备规模优势才能降低生产成本。除此之外，通过布局全产业链，兼并收购产业链上下游的企业，帮助企业提升产业链议价能力。直至2015年，我国的半导体硅片企业才开始进入发展状态。2020年沪硅产业才以22%的市场份额排名全球第七。在技术含量和产品供应能力方面，我国企业正在与外国领先企业缩小距离。硅片是芯片的起点，2021年全球半导体硅片市场规模达140亿美元，行业高度集中，CR5市场份额接近90%。硅片是用量最大的半导体材料，90%以上半导体产品使用硅片制造。随着5G、新能源、AIoT的快速渗透，2021年半导体行业迎来超级景气周期，硅片需求持续旺盛，全球半导体硅片出货面积达142亿平方英寸，同比增长14%，市场规模达140亿美元。半导体行业周期性波动导致硅片需求周期性波动，硅片行业并购整合不断，行业竞争格局高度集中，前5大厂商市场份额接近90%。硅片新增产能释放需到2024年，短期供需有望持续偏紧，长期LTA有助稳量稳价。硅片扩产周期在2年以上，全球12英寸硅片在2020年之前主要依靠原有厂房进行产能扩充，新建厂房产能释放的高峰将在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍将处于供不应求的状态。本次产能扩张，下游晶圆厂与硅片厂商积极绑定，通过长期合约（Long-termAgreements）保障供应链稳定。国内硅片企业加速产能扩充国内积极扩产8英寸和12英寸硅片产能，8英寸产能产能将增加90万片/月达298万片/月。12英寸现有产能90万片/月，计划扩产180万片/月，满产后将达到270万片/月。12英寸大硅片需求旺盛，海外产能有限，为国内硅片企业提供战略发展期，国内硅片企业加速产品认证和客户导入，后续需密切关注各硅片公司客户认证和产能扩充进度。半导体硅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存储器制造、传感器制造与射频芯片制造等领域的芯片制造企业。半导体硅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。2020年下半年起，受益于5G、新能源汽车、物联网快速发展趋势，在功率半导体、电源管理芯片等产品需求带动下，硅片下游客户晶圆代工厂的市场需求持续稳步提升。结合ICInsights的测算，预计2021至2026年全球晶圆代工市场规模将持续增长，到2026年全球市场将增长到887亿美元，年均复合增长率约为5．24%。同时，随着中芯国际、华力微电子、长江存储等中国大陆芯片制造企业的持续扩产，中国大陆芯片制造产能增速高于全球芯片产能增速，芯片制造产能的增长将带动国内半导体硅片的需求持续增长。半导体硅片产业链半导体硅片是重要的上游行业。半导体制造企业通过加工晶体硅原料后，得到半导体硅片产品。半导体硅片产品提供给中游生产光伏电池、光伏组件的中游企业。最后中游企业再提供给主营业务为光伏应用产品的下游企业。晶圆代工行业遵循摩尔定律当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。行业内存在IDM和垂直分工两种商业模式。从设计到制造、封测以及销售自有品牌IC都一手包办的半导体公司，被称为IDM公司。国外IDM代表有：英特尔（