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半导体行业深度报告：新兴技术驱动硅片需求_国产厂商成长可期1三代半导体衬底材料互为补充，硅基半导体市占率达90%半导体材料是指在常温下导电性能介于绝缘体与导体之间的材料，半导体材料包括半导体制造材料、半导体封测材料两大类。半导体制造材料包括衬底材料（以硅片为主）、电子特气、光掩模、抛光液、光刻胶及配套化学品、高纯靶材等。半导体制造材料的市场规模随着下游半导体产品市场需求的持续扩张呈现快速增长的态势，半导体衬底材料为半导体制造的核心材料。据SEMI数据显示，2020年全球半导体制造材料市场规模为348.35亿美元，同比增长6.49%；其中以硅片为代表的半导体衬底材料的销售额逾122.04亿美元，占全球半导体制造材料的市场份额高于34.98%；市场份额占比极高。半导体衬底材料通常依据被投入使用的时间划分为三代，第一代半导体材料以硅（Si）和锗(Ge)为代表，第二代化合物半导体材料以砷化镓（GaAs）为代表，第三代化合物半导体材料以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表。这三代半导体材料无绝对的替代关系，而是在特定的应用场景中存在各自的比较优势，互为补充。第一代半导体晶圆衬底材料以硅（Si）和锗(Ge)为代表，广泛应用于集成电路，据统计90%以上的半导体产品为硅基半导体；基于硅材料的禁带宽度较窄、击穿电压阈值较低等特性，其主要用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中。第二代化合物半导体晶圆衬底材料以砷化镓（GaAs）为代表，GaAs的电子迁移率较高，适用于高频传输；同时化合物半导体具有直接带隙，这是和硅半导体所不具备的，可适用于光电领域。砷化镓半导体材料主要应用于制作高速、高频、大功率光电、微电子器件。第二代半导体材料的局限性在于镓（地壳含量仅0.0015%）、铟（地壳含量仅0.001%）材料资源稀缺，成本较高；砷材料会造成严重的污染环境。第三代化合物半导体晶圆衬底材料以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表，其具有禁带宽度较大、耐高压、耐高温等特性，适宜于高电压、高频率场景，同时还能实现较少的电能消耗，获得更高的运行能力。目前GaN及sic材料的发展受制于技术成熟度、器件成本、配套封装技术等因素。2第一代半导体衬底材料——硅片硅基材料为目前业界应用最为广泛的半导体材料，90%以上的半导体产品由硅基材料制成。相较于“竞争对手”“锗（世界上第一只晶体管为锗晶体管），硅具有易提纯、易刻蚀、制作工艺方便、禁带宽度更大耐高压性能较强、熔点高等特性。同时硅在地壳中的占比约为28.2%，为除氧元素之外储量第二丰富的元素，成本优势显著；深受半导体产业的青睐。半导体用单晶硅材料纯度达到99.9999999%（9个9）以上的超纯多晶硅提纯制备而成，对于纯度要求较高。硅材料的制备过程为：提纯沙子、矿石中的二氧化硅，制成纯度98%以上的金属硅。经过进一步提纯形成纯度达99.9999999%至99.999999999%（9-11个9）的超纯多晶硅。超纯多晶硅在石英坩埚中熔化，并掺入硼（P）、磷（B）等元素改变其导电能力，放入籽晶确定晶向，经过单晶生长，制成具有特定电性功能的单晶硅锭。半导体用单晶硅锭由电子用多晶硅通过直拉法（CZ）或区熔（FZ）制备而成；单晶硅锭尺寸及晶体质量受熔体的温度、提拉速度、籽晶/石英坩埚的旋转速度等影响；单晶硅锭的电特性受元素硼(P)、磷（B）等的掺杂浓度影响。拉制工艺等因素影响硅片的径向电阻率均匀性、硅片翘曲度。硅棒经过切片、倒角、研磨等硅片加工工序后形成硅片。2.1半导体硅片分类半导体硅片可以按照硅片尺寸和制备工艺进行分类。2.1.1硅片按尺寸分类为：硅片直径增大提升生产效率及良率，8英寸及12英寸为市场主力硅片硅片按尺寸划分为12英寸（300mm）,8英寸（200mm），6英寸（150mm），5英寸（125mm），4英寸（100mm）5种规格。硅片直径不断增大的驱动力即来自于晶圆良率和生产效率的提升；大尺寸的晶圆可切割出更多完整、性能良好的芯片。12英寸晶圆的面积为8英寸晶圆的2.25倍，以100mm2芯片为例，8英寸晶圆可切割出269片，12英寸晶圆则可切割出640片，生产效率大幅提升，同时性能良好的芯片数量增多。晶圆直径增大所带来的收益远大于其所造成的生产成本的提升时，业界遂有巨大的动力推进晶圆尺寸的更迭。目前8英寸及12英寸为市场主力硅片。2.1.2硅片按工艺分类为抛光片、SOI硅片及外延片硅片通常按工艺可分类为抛光片、SOI硅片（绝缘底上硅）及外延片三类。抛光片是硅片通过抛光工艺，去除加工表面残留的损伤层，提高硅片表面的平整度、降低硅片表面颗粒度后获取。抛光片可以直接用于半导体器件的制备，也可作为外延片、SOI硅片的衬底材料。外延片主要通过在抛光片的基础上进行外延生长获得；外延片制备技术的重点包括外延层厚度及其均