半导体产业化

半导体产业化半导体制造半导体材料半导体材料指常温下电阻率在107Ω·cm~10-3Ω·cm，导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体材料发展至今经历了三个阶段：第一代半导体材料是指硅和锗;而第二代半导体材料则包括了磷化镓、磷化铟、砷化铟、砷化镓、砷化铝及其合金;第三代半导体材料是以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体材料，在导热率、抗辐射能力、击穿电场能力、电子饱和速率等方面优势突出，更适用于高温、高频、抗辐射的场合。【4】半导体制造半导体制造简单划分可以分为晶圆制造和集成电路制造两大块。其中晶圆制造大致经历石英砂纯化、分子拉晶、晶柱、晶圆（把晶柱切割成圆形薄片）几个步骤。【3】3.集成电路制造集成电路制造工艺是由多种单项工艺组合而成的，简单来说薄膜制备工艺，图形转移工艺和掺杂工艺。薄膜制备工艺：集成电路的制造过程中需要在晶圆片的表面上生长数层材质不同，厚度不同的薄膜，制造膜层的主要方法有氧化，化学气相沉积（CVD）以及物理气象沉积(PVD)。【3】半导体产业链1.半导体产业链的形成1947年，晶体管在美国贝尔实验室诞生，标志着半导体时代的开启。1958年集成电路的出现加速了半导体行业的发展。经过半个世纪，半导体行业已经非常成熟，形成了从半导体材料、设备到半导体设计、制造、封装测试完整的产业链。按产品来划分，半导体产品可分为集成电路、分立器件、光电器件和传感器四种。集成电路作为半导体的核心产品，又分为逻辑器件、存储芯片、微处理器和模拟电路四类，占据整个半导体行业规模八成以上。【1】集成电路从制程工艺来看，顶尖工艺(7nm+10nm)目前占据13%的市场份额，主要用于CPU、GPU等超大规模逻辑集成电路的制造。主要用于存储芯片制造的14nm-28nm工艺占据了34%的市场份额，MCU/MPU、模拟器件、分立器件和传感器主要使用40nm以上工艺，占据了剩余的41%市场份额。2.半导体产业链的特点半导体其为技术型高新技术产业链，每一个环节都有高度的技术壁垒；同时，也是一个资金密集型产业，任何一个新产品的开发和利用都需要很多的资金投入。半导体是需求推进的市场，半导体广泛渗透于信息、通信、计算机、消费电子、汽车等各个领域，对人们的日常生活和消费形态产生了显著的影响。在过去四十年中，推动半导体业增长的驱动力已由传统的PC及相关联产业转向移动产品市场，包括智能手机及平板电脑等，未来则可能向可穿戴设备、VR/AR设备转移。【3】人们不同的生活需求引导了半导体的发展方向。长期来看，半导体行业的增速波动与全球GDP波动的相关性呈现高度一致（2010至今，相关系数为0.57）。以GDP增速表征的需求周期和行业龙头产能变化的供给周期两个因素共同叠加，构成了半导体周期。3.摩尔定律早在1965年4月美国GordonMoore发表了以后著名于世的“摩尔定律”。他发现每隔18~24个月，芯片上晶体管数目就增加1倍。30多年来，世界半导体产业的发展一直遵循这条定律。英特尔公司微处理器的发展就是这条定律的明证。表一给出英特尔公司历年推出的主要微处理器。1969年摩尔与他的同事创建了英特尔公司，并推出世界上第一块4位微处理器4004，集成度2300个晶体管。2000年推出Pentium4微处理器，集成度4200万个晶体管，31年集成度增长了1.8万倍。【5】1998年少数专家开始对摩尔定律提出异议，他们认为摩尔定律面临着难以克服的障碍，最终将影响摩尔定律的应用。归纳起来有3个因素:(1)生产力过剩。(2)制造小于100nm线宽的光刻机光源波长将大于其特征尺寸，常规的光学光刻工艺可能失灵，当芯片特征尺寸小于100nm时，若互连仍采用铝，易产生电迁移现象，造成芯片失效。(3)限制小于100nmIC工艺的普通应用可能不是技术问题，而是社会和财政问题。造一座小于100nm芯片厂的费用要数十亿至上百亿美元，IC的测试费用也不菲【5】表一英特尔微处理器的发展史4.半导体产业目前主流商业模式有两种：一是IDM（IntegratedDeviceManufacturing）模式，以英特尔、三星、SK海力士为代表，从设计到制造、封测直至进入市场全部覆盖，这类企业一般具有规模庞大、技术全面、积累深厚的特点。另一种是垂直分工模式，其出现源于半导体行业资本密集型和技术密集型的特点，一家公司无法提供足够的技术和资金。一般上游的芯片设计公司(fabless)负责芯片的设计，设计好的芯片掩膜版图交由中游的晶圆厂进行制造，加工完成的晶圆交由下游的封装测试公司进行切割、封装和测试，每一个环节由专门的公司负责。上游公司指有能力设计芯片架构，但是却没有晶圆厂生产芯片，需要找代工厂代为生产的厂商，知名的有Qualcomm、苹果和华为。代工厂则是无芯片设计能力，但有晶圆生产技术的厂商，代表公司是台积电。封测厂商，就是专注于封装测试环节的公司，典型的有日月光、长电科技等。【1】我国半导体振兴之路由于半导体的生产线必须时刻保持其运转而不能根据订单多少轻易关停，这意味着如果没有足够的订单，生产线只能空转而造成极大的成本浪费。随着半导体业趋于接近摩尔定律的终点（物理极限），其研发、建设和运营成本迅速上升，此时代工厂技术和成本优势得到有效体现。受到Fabless盈利模式灵活、轻便和高利润率的启发，越来越多IDM厂诸如TI、Renesas、STM等纷纷转型轻晶圆厂，即将部分生产和设计业务外包。【3】晶圆代工厂商通过集中产能优势，提高产能利用率、摊薄生产成本，降低了半导体行业的准入门槛，使得中小、初创型IC设计公司进入市场，半导体产业链的分工也从美国开始向全球分散，垂直分工模式的出现促进了半导体行业的繁荣。【1】目前，中芯国际作为国内最大集成电路晶圆制造企业，积极进行产业布局，提供晶圆代工与技术服务。凭借先进工艺和产能实力，已成为世界排名第五的集成电路代工企业。【3】封测业在集成电路产业链中，相对技术和资金门槛较低，属于产业链中的"劳动密集型"。由于我国发展集成电路封测业具有成本和市场地缘优势，封测业相对发展较早。随着长电科技收购星科金朋，南通富士通收购AMD封装工厂等一系列整合，以及长电科技、通富微电、天水华天与晶圆代工线的战略联盟，使得国内封测业无论是产业规模还是最新的封装技术都上了一个台阶。【3】但是我们必须队我国半导体落后的现状有清醒的认识。从2015年开始，集成电路进口金额连续4年超过原油成为我国第一大进口商品。集成电路领域严重的进口依赖，影响到我国的国家安全。我国的半导体设备国产化率极低，本土半导体设备厂商市占率仅占全球份额的1-2%。我们没有制造光刻机的能力，需要从荷兰进口，但随着我国日益的发展，影响到了美国的国家利益，美国便对我国进口光刻机进行了阻碍。被切断了进口源，而我们自己又没有自主制造的能力，只能将本国的发展和利益处于十分被动的地位。我国半导体产业发展落后世界水平一二十年，是因为别的国家比我们先发展。当西方列国都在大力发展科技的时候，我们还在搞三大改造，以及之后的文化大革命，根本无暇顾及半导体的发展，也不重视。而半导体这个产业是很强调实践经验的积累的，必须有足够的实验和市场检验才能发展壮大。90年代以前，国内半导体主要应用于军事领域。有一些生产线则是引进国外的落后生产线。经过近二十年的发展，尽管国内培育了大批半导体行业优秀人才，但由于半导体产业链复杂，产业分工细致，我们在各个领域与国外领先水平仍然有着较大差距。我国想要半导体产业振兴和赶超，必须要重视技术的研发攻关。自2018年4月以来，中兴、华为相继被美国商务部列入实体名单。国内半导体产业相对落后的局面受到国家领导层的高度关注，这也提醒我们要加大人才培养强度和政策倾斜，不断赶超半导体强国。半导体产业的发展依赖于全球资源和技术的相互配合。在某个细分领域做精做强，形成互相依存的合作关系也是一个合适的选择。需要重视未来可能存在较大市场空间的特种半导体，例如IGBT、Super-junction、化合物半导体