中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及上游新材料投資機(jī)會(huì)

宮學(xué)源

半導(dǎo)體（semiconductor）是一類在常溫下導(dǎo)電能力介于絕緣體和導(dǎo)體的材料，其導(dǎo)電能力可通過(guò)電壓、光照、壓力和溫度等進(jìn)行控制。由于導(dǎo)電性可控，半導(dǎo)體被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中，包括家用電器、消費(fèi)電子、照明工具、顯示驅(qū)動(dòng)器、軌道交通、新能源汽車等，在生產(chǎn)生活中可謂無(wú)處不見(jiàn)。自20世紀(jì)50年代開(kāi)始發(fā)展至今，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已成為推動(dòng)全球科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展和變革的核心驅(qū)動(dòng)力。作為電力驅(qū)動(dòng)、信號(hào)傳輸、光電轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理等的底層支撐技術(shù)，半導(dǎo)體先后推動(dòng)集成電路、無(wú)線通信、太陽(yáng)能電池、LED照明和新能源汽車等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，深刻改變了人類的生產(chǎn)生活方式。半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與制造能力，現(xiàn)已成為衡量一國(guó)科技水平的重要標(biāo)志。

據(jù)Frost & Sullivan數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模自2012年以來(lái)一直保持穩(wěn)健的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2017-2018年呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)趨勢(shì)，市場(chǎng)規(guī)模接近4700億美元，2019年有所回調(diào)，市場(chǎng)規(guī)模約4100億美元。其中，集成電路（包括數(shù)字集成電路和模擬集成電路）市場(chǎng)占比高達(dá)81%左右，是半導(dǎo)體工業(yè)的核心;分立器件、光電子器件和傳感器的市場(chǎng)份額分別約為6%、10%和3%，是半導(dǎo)體工業(yè)不可或缺的組成部分。未來(lái)，隨著5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和新能源汽車等新興應(yīng)用的快速發(fā)展，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)將保持長(zhǎng)期增長(zhǎng)，尤其是以碳化硅（sic）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上下游結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品分類詳見(jiàn)圖1所示。

1下游需求預(yù)期疊加國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迎來(lái)空前機(jī)遇

1.1后摩爾定律時(shí)代半導(dǎo)體供需或嚴(yán)重不平衡，中國(guó)產(chǎn)能將成為關(guān)鍵

21世紀(jì)以來(lái)，推動(dòng)第4次工業(yè)范式轉(zhuǎn)變的主要?jiǎng)恿?大趨勢(shì)：數(shù)字化、互聯(lián)化和智能化。從具體實(shí)現(xiàn)路徑上看，基于傳感器、射頻和邊緣計(jì)算等技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)將為數(shù)字化奠定基礎(chǔ)，毫米波太赫茲通信、量子信息等技術(shù)將為萬(wàn)物互聯(lián)提供保障，而機(jī)器學(xué)習(xí)、類腦計(jì)算等技術(shù)將加速智能化的推進(jìn)。隨著無(wú)人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0和智慧城市等應(yīng)用場(chǎng)景需求的不斷增長(zhǎng)，物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等底層技術(shù)正在加速發(fā)展，對(duì)高性能半導(dǎo)體器件的需求正不斷增長(zhǎng)。受此驅(qū)動(dòng)，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)未來(lái)將延續(xù)現(xiàn)有增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)2024年全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到5215.1億美元，2020-2024年實(shí)現(xiàn)4.8%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率（圖2）。

過(guò)去數(shù)十年，半導(dǎo)體工藝基本遵循著摩爾定律這一指數(shù)發(fā)展規(guī)律，即每18個(gè)月左右芯片單位面積晶體管數(shù)量翻倍。摩爾定律的存在，不僅體現(xiàn)了半導(dǎo)體工藝制程的持續(xù)優(yōu)化，更加表明了計(jì)算需求、數(shù)據(jù)處理需求同樣呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖3）。芯片晶體管數(shù)量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，恰恰是為了滿足計(jì)算和數(shù)據(jù)處理需求的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、AI和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，全球數(shù)據(jù)量（計(jì)算需求）仍將長(zhǎng)期保持指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。然而，摩爾定律在未來(lái)數(shù)年將遇到瓶頸、芯片計(jì)算能力增長(zhǎng)速度趨于平緩，后摩爾定律時(shí)代即將到來(lái)。這將意味著：計(jì)算能力的增長(zhǎng)難以通過(guò)工藝升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，極有可能需要通過(guò)擴(kuò)大電子元器件產(chǎn)量來(lái)應(yīng)對(duì)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的計(jì)算需求。從全球范圍看，未來(lái)僅有中國(guó)有能力（物質(zhì)資源、人力資源和資本）大幅度擴(kuò)大產(chǎn)能，以應(yīng)對(duì)這一全球計(jì)算能力危機(jī)。據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（sEMI）統(tǒng)計(jì)，中國(guó)2017-2020年間計(jì)劃新建的晶圓廠數(shù)量居全球之冠。在這一整體趨勢(shì)下，全球電子元器件未來(lái)將供不應(yīng)求，上游材料+裝備的需求將會(huì)快速增長(zhǎng)，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)新的重大歷史機(jī)遇。與此同時(shí)，不斷增長(zhǎng)的計(jì)算需求（當(dāng)前用于計(jì)算的能源消耗占總能源的10%）對(duì)全球能源供應(yīng)提出巨大挑戰(zhàn)，因此研發(fā)高性能、低功耗的新型器件成為當(dāng)務(wù)之急。

1.2全球科技貿(mào)易戰(zhàn)將持續(xù)升溫，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)替代有望加速

高科技既是一個(gè)國(guó)家整體實(shí)力的體現(xiàn)，但同時(shí)也會(huì)被某些國(guó)家用作對(duì)外輸出影響力、實(shí)現(xiàn)政治目的的武器。近年來(lái)，隨著世界多國(guó)右翼勢(shì)力抬頭，逆全球化思潮興起，科技貿(mào)易戰(zhàn)正在全球范圍內(nèi)持續(xù)升溫。由于半導(dǎo)體（芯片）在高科技產(chǎn)業(yè)中起到關(guān)鍵性、支撐性作用，因此全球科技貿(mào)易戰(zhàn)長(zhǎng)期聚焦在這一領(lǐng)域。2018年3月，美國(guó)總統(tǒng)特朗普簽署備忘錄，宣布根據(jù)（（1974年貿(mào)易法》第301條指示美國(guó)貿(mào)易代表辦公室（uSTR）對(duì)從中國(guó)進(jìn)口的商品征收關(guān)稅，以“懲罰中國(guó)偷竊美國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和商業(yè)秘密”，中美貿(mào)易戰(zhàn)正式展開(kāi)。隨后，美國(guó)相繼對(duì)中國(guó)中興、晉華和華為等半導(dǎo)體領(lǐng)軍企業(yè)發(fā)起制裁，其根本目的就是要遏制中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)等高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展，試圖扼殺中國(guó)很不容易積累起來(lái)的科技創(chuàng)新能力。

2019年7月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布《關(guān)于對(duì)大韓民國(guó)出口管制運(yùn)作的審查》，宣布從即日起將韓國(guó)從出口貿(mào)易管制法令白名單中剔除，并從當(dāng)年7月4日起對(duì)氟聚酰亞胺、光刻膠和氟化氫3種原材料實(shí)行出口限制，日韓半導(dǎo)體貿(mào)易戰(zhàn)也就此開(kāi)打。韓國(guó)是全球半導(dǎo)體器件和顯示面板生產(chǎn)與出口的主要國(guó)家，三星、LG、SK海力士等是全球舉足輕重的存儲(chǔ)器、顯示面板供應(yīng)商。由于生產(chǎn)所需的氟聚酰亞胺和高純氟化氫等原料大多需從日本進(jìn)口，韓國(guó)受貿(mào)易摩擦影響至今仍然十分嚴(yán)重。從中美貿(mào)易戰(zhàn)和日韓貿(mào)易戰(zhàn)來(lái)看，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分工高度復(fù)雜，極易受到政治因素影響，科技供應(yīng)鏈安全難以得到有效保障。

盡管國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體市場(chǎng)巨大，但中國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域“缺芯少魂”的現(xiàn)象十分突出，大部分關(guān)鍵器件均容易被國(guó)外“卡脖子”。根據(jù)國(guó)盛證券測(cè)算，中國(guó)僅在利基型DRAM、消費(fèi)級(jí)Soc、工業(yè)Mcu、CIs傳感器和代工制造等環(huán)節(jié)的國(guó)產(chǎn)化超過(guò)10%，且產(chǎn)品主要集中于中低端，高端產(chǎn)品占比更低;CPu、GPu、模擬芯片、射頻芯片和FPGA等關(guān)鍵核心器件領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)化率十分低下（表1）。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)上看，半導(dǎo)體制造所需的原材料和設(shè)備，絕大部分也需要從日本、美國(guó)、歐洲等國(guó)家進(jìn)口，供應(yīng)安全問(wèn)題同樣十分嚴(yán)峻。2019年華為被美國(guó)制裁后，中國(guó)企業(yè)意識(shí)到科技供應(yīng)鏈安全的重要性，開(kāi)始加速國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的重塑過(guò)程，大部分科技龍頭甚至海外科技龍頭正在加快國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。

1.3科技政策加碼，工程師紅利釋放，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁十足

半導(dǎo)體及集成電路產(chǎn)業(yè)是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，其作為推進(jìn)信息化、城鎮(zhèn)化、現(xiàn)代化和新型工業(yè)化的強(qiáng)勁推動(dòng)力，是國(guó)家的先導(dǎo)性、支撐性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。為規(guī)范行業(yè)生產(chǎn)秩序，鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)政府先后出臺(tái)了一系列針對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)（表2）。這些產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)的發(fā)布及落實(shí)，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供了宏觀政策、人才激勵(lì)、財(cái)政稅收等各方面支持，為行業(yè)內(nèi)的企業(yè)提供了良好的經(jīng)商環(huán)境，有效促進(jìn)了企業(yè)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。2014年，《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》頒布，正式成立了國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（簡(jiǎn)稱“大基金”），隨后地方政府也相繼設(shè)立了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基金，這些產(chǎn)業(yè)基金撬動(dòng)了社會(huì)資本進(jìn)入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，助力重點(diǎn)領(lǐng)域龍頭企業(yè)發(fā)展。此后，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是資本密集型、技術(shù)密集型、人才密集型產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展離不開(kāi)海量的工程師作為人才支撐。近年來(lái)，隨著中國(guó)在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域逐漸崛起，海外IC人才紛紛回國(guó)創(chuàng)業(yè)、工作，為中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了活力。另一方面，全民人口素質(zhì)、高學(xué)歷比例正在持續(xù)提升，國(guó)內(nèi)高校院所正源源不斷地為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)輸送人才，中國(guó)的人口紅利開(kāi)始向工程師紅利轉(zhuǎn)變。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，過(guò)去20年中國(guó)培養(yǎng)了接近1億大學(xué)生，其中包括近1000萬(wàn)研究生，數(shù)量相當(dāng)可觀。與此同時(shí)，科技成果和專利不斷積累，R&D成效顯著，2018年我國(guó)發(fā)表科技論文數(shù)量突破180萬(wàn)篇，高質(zhì)量論文數(shù)量快速上升;2019年我國(guó)申請(qǐng)PeT專利6萬(wàn)件，高居世界榜首。

2半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)即將迎來(lái)結(jié)構(gòu)性變革，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)格局面臨洗牌

2.1半導(dǎo)體市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素正在發(fā)生深刻變化

在過(guò)去數(shù)十年中，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的下游需求主要來(lái)自PC、家用電器和手機(jī)等消費(fèi)電子。20世紀(jì)七八十年代，PC開(kāi)始出現(xiàn)并普及，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。隨后30年問(wèn)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直圍繞著P C產(chǎn)業(yè)發(fā)展而發(fā)展，英特爾、AMD和英偉達(dá)等企業(yè)是這一時(shí)代的見(jiàn)證者。直到2010年前后，P c市場(chǎng)規(guī)模開(kāi)始逐漸萎縮，銷量開(kāi)始緩慢下滑（圖4）。與此同時(shí)，伴隨著通信技術(shù)、手機(jī)SoC和移動(dòng)OS等技術(shù)的進(jìn)步，2010年起智能手機(jī)的需求在全球范圍內(nèi)爆發(fā)（圖5），迅速接替P C成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，蘋果、華為和三星開(kāi)始嶄露頭角。目前在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)下游結(jié)構(gòu)中，消費(fèi)電子（Pc、智能手機(jī)等）仍牢牢占據(jù)主導(dǎo)地位，總占比超過(guò)65%。但隨著智能手機(jī)市場(chǎng)逐漸飽和，消費(fèi)電子對(duì)半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)作用開(kāi)始逐漸減弱。

未來(lái)，隨著PC市場(chǎng)的進(jìn)一步萎縮下滑以及智能手機(jī)需求的下降，5G、人工智能和新能源汽車等新興應(yīng)用將成為驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新引擎。在5G方面，2020年5G已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模商用，5G終端產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在為芯片帶來(lái)巨大的需求空間，可直接帶動(dòng)上千億美元的半導(dǎo)體市場(chǎng);人工智能方面，海量的計(jì)算任務(wù)需要借助GPU、ASI c和FPGA等芯片結(jié)合算法實(shí)現(xiàn)加速，這為集成電路芯片帶來(lái)新的增長(zhǎng)空問(wèn);在新能源汽車方面，汽車的電氣化、電動(dòng)化以及智能化發(fā)展趨勢(shì)明顯，對(duì)功率電子、汽車通信、顯示驅(qū)動(dòng)等器件的需求將大幅提升。在此背景下，射頻芯片、FPGA、ASIC和IGBT等細(xì)分行業(yè)將呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，業(yè)界對(duì)GaN、SiC等寬禁帶半導(dǎo)體的需求也將大幅上升。從全球范圍看，中國(guó)在5G、人工智能和新能源汽車等領(lǐng)域起步較早，已經(jīng)成為事實(shí)上的領(lǐng)軍者，這給中國(guó)乃至世界的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展都帶來(lái)了極為深遠(yuǎn)的影響。

2.2摩爾定律仍將持續(xù)，超越摩爾定律技術(shù)正在涌現(xiàn)

在所有制程中，28nm制程是半導(dǎo)體工藝中性價(jià)比最高的節(jié)點(diǎn)。進(jìn)入14nm以下，新制程的投資金額和開(kāi)發(fā)難度都呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)上升;進(jìn)入10nm以下制程時(shí)光刻技術(shù)需要從DuV轉(zhuǎn)換成EuV，設(shè)備價(jià)值急遽增加。目前，僅有臺(tái)積電、三星和英特爾實(shí)現(xiàn)了10nm以下制程工藝（表3），技術(shù)難度可想而知。其中，臺(tái)積電制程進(jìn)展最快，目前已能實(shí)現(xiàn)5nm工藝量產(chǎn);三星制程進(jìn)展進(jìn)展次之，目前已能量產(chǎn)7nm工藝;英特爾制程方面進(jìn)展最為緩慢，盡管其10nm工藝比競(jìng)爭(zhēng)者更加先進(jìn)，卻一直在量產(chǎn)方面遲遲不前。當(dāng)制程進(jìn)入5nm以下時(shí)，摩爾定律已經(jīng)開(kāi)始接近物理極限，量子隧穿效應(yīng)將會(huì)嚴(yán)重影響芯片性能。為保證摩爾定律持續(xù)發(fā)揮作用，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界正在大力開(kāi)發(fā)5nm以下制程工藝。當(dāng)制程進(jìn)入3nm時(shí)，目前廣泛應(yīng)用的Fin FET工藝將會(huì)失效，產(chǎn)業(yè)界或?qū)⑥D(zhuǎn)向環(huán)繞式全柵（納米線）FET、負(fù)電容FET和隧穿FET等備選技術(shù)方案。與此同時(shí)，產(chǎn)業(yè)界正在研發(fā)新型EUV光刻工藝、區(qū)域選擇性沉積、分子層蝕刻、多光束/電子束檢測(cè)和先進(jìn)封裝等先進(jìn)技術(shù)，以滿足5nm以下制程對(duì)光刻、刻蝕、檢測(cè)和封裝等環(huán)節(jié)的需求。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界努力維持摩爾定律的同時(shí)，以新結(jié)構(gòu)、新材料、新器件為特征的超越摩爾定律技術(shù)正不斷涌現(xiàn)，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新的思路和方向。第一，半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向垂直立體化（三維）發(fā)展，預(yù)計(jì)2024年后業(yè)界不再依靠微縮化CMOS尺寸來(lái)提升芯片性能，而是通過(guò)垂直方向上納米線晶體管（VGAA）或3D疊層工藝（3DVLSI）來(lái)實(shí)現(xiàn)性能提升，目前臺(tái)積電、三星和英特爾等公司均在開(kāi)發(fā)三維器件制造和封裝技術(shù)。第二，一維的碳納米管、二維的黑磷（B-P）和硫化鉬（MoS2）等低維材料在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，這些技術(shù)能夠有效抑制晶體管的短溝道效應(yīng)，有望大幅降低器件功耗。第三，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、量子計(jì)算和拓?fù)浣^緣體等新概念、新技術(shù)加速孕育，有望變革乃至顛覆半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，相關(guān)進(jìn)展值得關(guān)注?？偠灾?，后摩爾定律時(shí)代的“新結(jié)構(gòu)、新材料、新器件”均處于概念開(kāi)發(fā)階段，究竟哪種技術(shù)將占據(jù)主導(dǎo)還未可知，目前世界各國(guó)尚處在統(tǒng)一起跑線上，中國(guó)需要把握住這一系統(tǒng)性機(jī)會(huì)。

2.3大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全面崛起，上下游產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)包括5大核心環(huán)節(jié)，分別是起到上游支撐作用的材料、設(shè)備，以及主要環(huán)節(jié)Ic設(shè)計(jì)、晶圓制造和封測(cè)，詳見(jiàn)圖6所示半導(dǎo)體生產(chǎn)流程。在過(guò)去的20年，受益于全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)第3次轉(zhuǎn)移和國(guó)內(nèi)消費(fèi)需求快速增長(zhǎng)，中國(guó)首先承接了附加值相對(duì)較低的封裝和測(cè)試環(huán)節(jié)，成就了長(zhǎng)電科技、華天科技、通富微電等一批國(guó)內(nèi)封測(cè)龍頭，在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了一席之地。隨著政府與社會(huì)資金的持續(xù)投入，海外人才的回流與國(guó)內(nèi)人才培養(yǎng)，以及技術(shù)差距不斷縮小，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在向高附加值的IC設(shè)計(jì)、晶圓制造和上游材料、裝備進(jìn)軍。其中，IC設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)資金需求相對(duì)較低，屬于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的輕資產(chǎn)行業(yè)（制造、封裝、測(cè)試外包），因此在近年來(lái)成為中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中進(jìn)步最為迅速，以海思、展訊等為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始在國(guó)際上嶄露頭角。2016年，中國(guó)IC設(shè)計(jì)銷售額首次超過(guò)封測(cè)業(yè)，達(dá)到1600多億元，成為中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中比例最大的部分。

晶圓制造環(huán)節(jié)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中資本需求最大、技術(shù)最密集、人才最密集的產(chǎn)業(yè)，目前全球晶圓廠產(chǎn)能主要集中在美國(guó)、韓國(guó)和日本等少數(shù)國(guó)家。中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)占全球市場(chǎng)的1/3，但晶圓的國(guó)產(chǎn)化率不足10%，尤其是12英寸晶圓的國(guó)產(chǎn)化率極低。由于晶圓廠對(duì)半導(dǎo)體良率的極致追求，因此上游半導(dǎo)體材料設(shè)備基本沿用國(guó)際廠商的成熟產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)化率同樣十分低下。在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，晶圓制造以及上游材料、設(shè)備領(lǐng)域是產(chǎn)品附加值較高的部分，是真正體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的部分，也是極容易被“卡脖子”的環(huán)節(jié)。因此，國(guó)家科技政策持續(xù)加碼，國(guó)家大基金積極跟進(jìn)，科技人才逐漸涌入，中國(guó)在全半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中正在快速崛起。尤其在逆全球化形勢(shì)加劇，中美貿(mào)易戰(zhàn)升溫的環(huán)境中，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)意識(shí)到供應(yīng)鏈安全的重要性，對(duì)上游材料、設(shè)備的國(guó)產(chǎn)替代需求不斷提升，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上下游協(xié)同發(fā)展正在加速。

3看好半導(dǎo)體材料未來(lái)發(fā)展，積極發(fā)掘潛在投資機(jī)會(huì)

半導(dǎo)體材料具有資金密集、技術(shù)密集、產(chǎn)品更新快、細(xì)分子行業(yè)多等特點(diǎn)，是支撐半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著中國(guó)半導(dǎo)體下游應(yīng)用和中游制造的快速發(fā)展，對(duì)上游原材料的需求日益增長(zhǎng)，中國(guó)半導(dǎo)體材料迎來(lái)發(fā)展良機(jī)。目前，全球半導(dǎo)體材料市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)500億美元，絕大數(shù)份額被美國(guó)、日本和韓國(guó)等少數(shù)國(guó)家的科技巨頭所占有，國(guó)內(nèi)晶圓制造廠也以來(lái)這些科技巨頭提供原材料。從長(zhǎng)期看，硅晶圓制造材料的國(guó)產(chǎn)替代、寬禁帶半導(dǎo)體材料技術(shù)，以及后摩爾定律時(shí)代的新材料技術(shù)，將成為中國(guó)半導(dǎo)體材料領(lǐng)域最具投資價(jià)值的方向。

3.1邏輯一：關(guān)注半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)節(jié)所需材料的國(guó)產(chǎn)替代

半導(dǎo)體材料是生產(chǎn)集成電路、分立器件、傳感器和光電子器件的重要材料，其主要包括前端晶圓制造材料和后端芯片封裝材料2大類。2019年，全球半導(dǎo)體材料銷售額約521.4億美元，其中前端晶圓制造材料為328億美元，后端封裝材料為192億美元，國(guó)產(chǎn)替代大有機(jī)會(huì)可為。重點(diǎn)可關(guān)注與國(guó)外差距較大、國(guó)產(chǎn)化率較低的技術(shù)領(lǐng)域（如光刻膠、C MP拋光墊、掩模版等）。從制造環(huán)節(jié)上看，半導(dǎo)體生產(chǎn)所需要的材料主要分布在：①摻雜/熱處理：濺射靶材，濕法化學(xué)品、化學(xué)氣體，CMP拋光墊和拋光液;②蝕刻/清潔：掩模/光罩，濺射靶材，CMP拋光墊和拋光液;③沉積：化學(xué)氣體，CMP拋光墊和拋光液;④光刻：掩模/光罩、光刻膠、光刻膠顯影液、熔劑、剝離劑;⑤封裝：引線框架、封裝基板、陶瓷基板、鍵合絲、包封材料。

3.2邏輯二：關(guān)注驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的新材料

與第1代半導(dǎo)體材料（si）相比，第2代和第3代化合物半導(dǎo)體材料（GaAs、GaN、SiC、A1N）具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、介電常數(shù)小等優(yōu)勢(shì)，因此在半導(dǎo)體照明、電力電子器件、激光器和探測(cè)器等領(lǐng)域呈現(xiàn)出巨大潛力。其中，GaAs主要用于通訊領(lǐng)域，目前手機(jī)功率放大器是其主要應(yīng)用場(chǎng)景;GaN的功率、高頻性能更優(yōu)異，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著成本下降有望迎來(lái)更廣泛應(yīng)用;si c主要作為高頻、大功率器件應(yīng)用于汽車以及工業(yè)電力電子領(lǐng)域。2019年，華為旗下哈勃科技投資有限公司投資出手投資了山東天岳晶體材料有限公司，布局siC半導(dǎo)體領(lǐng)域。2020年，小米公司推出GaN充電器，點(diǎn)燃了GaN在消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用的熱度。隨著5G、無(wú)人駕駛和航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展，化合物半導(dǎo)體材料發(fā)展正進(jìn)入快車道。

3.2邏輯三：關(guān)注后摩爾定律時(shí)代的新材料技術(shù)

3.2.1憶阻器材料

憶阻器是一種有記憶功能的非線性電阻，被稱作電阻器、電容器和電感器以外的“第四種”無(wú)源電路元件，其具備高集成密度、高讀寫(xiě)速度、低功耗、存儲(chǔ)計(jì)算一體等優(yōu)勢(shì)，在非易失性存儲(chǔ)、邏輯運(yùn)算和新型神經(jīng)形態(tài)計(jì)算等方面極具應(yīng)用潛力。2008年，美國(guó)惠普研發(fā)出世界首個(gè)能供工作的納米氧化鈦憶阻器。2020年，清華大學(xué)研制出全球首款多陣列憶阻器存算一體系統(tǒng)，能效比GPu高2個(gè)數(shù)量級(jí)。近年來(lái)，惠普、Micron、IBM、東芝、華為等企業(yè)均致力于研發(fā)憶阻器，其在人工智能和存儲(chǔ)器等領(lǐng)域的應(yīng)用或?qū)臨近，上游材料（尤其是金屬氧化物、二維材料）發(fā)展迎來(lái)利好。

3.2.2拓?fù)浣^緣體材料

拓?fù)浣^緣體是一種內(nèi)部絕緣，界面允許電荷移動(dòng)的材料。這一特性導(dǎo)致了低電阻，而內(nèi)部是絕緣體又防止了漏電，從而制造的器件以低功耗運(yùn)行，使得拓?fù)浣^緣體在半導(dǎo)體器件應(yīng)用領(lǐng)域有潛在的價(jià)值。自2007年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，拓?fù)浣^緣體逐漸成為了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的一個(gè)的新熱點(diǎn)，并被認(rèn)為是繼石墨烯之后的“下一件大事”。2020年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心在理論預(yù)言低維體系高階拓?fù)浣^緣體方面取得新突破，為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高階拓?fù)浣^緣體提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2.3低維納米材料

后摩爾定律時(shí)代，低維納米材料在電路功耗和集成度上都展現(xiàn)出了無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此相關(guān)科研工作得到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。目前，針對(duì)碳納米管、石墨烯、碲烯、過(guò)渡族金屬硫族化合物（如Mos2）、黑磷和一維/二維范德華異質(zhì)結(jié)等材料/結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)形成了一定規(guī)模。如2020年6月，美國(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)家成功在計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的200毫米晶圓上制造出碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（CNFET），其比硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管更節(jié)能，可用于構(gòu)建新型的三維微處理器。

4結(jié)語(yǔ)

從國(guó)際環(huán)境上看，隨著美國(guó)的逆全球化主義和貿(mào)易保護(hù)主義的加劇，針對(duì)海外科技并購(gòu)的安全審查制度將愈發(fā)嚴(yán)格，中國(guó)從外部“借鑒技術(shù)”的難度越來(lái)越大。這意味著，未來(lái)中國(guó)必須依靠自力更生來(lái)補(bǔ)足科技研發(fā)上的短板。尤其是起到支撐作用的上游新材料領(lǐng)域，具有技術(shù)壁壘高、回報(bào)周期長(zhǎng)、投資風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，并不存在所謂“彎道超車”的機(jī)會(huì)，必須一步一個(gè)腳印的積累、發(fā)展、突破。

作為做容易被“卡脖子”的環(huán)節(jié)，新材料領(lǐng)域的創(chuàng)新對(duì)國(guó)家安全和科技競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。但由于具有壁壘高、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)，以及相對(duì)較高的技術(shù)認(rèn)知門檻，新材料早期項(xiàng)目往往不被人們看好，獲得風(fēng)險(xiǎn)資本支持的幾率也相對(duì)較小。筆者認(rèn)為，“硬孵化+種子投資”這一模式對(duì)新材料早期項(xiàng)目的生存與發(fā)展具有良好的參考價(jià)值，其可從科技政策、市場(chǎng)分析、技術(shù)放大與量產(chǎn)、渠道對(duì)接和知識(shí)產(chǎn)權(quán)等方面幫助初創(chuàng)企業(yè)跨越從0到1的“死亡之谷”，同時(shí)幫助風(fēng)險(xiǎn)資本了解早期項(xiàng)目?jī)r(jià)值、實(shí)現(xiàn)高效對(duì)接。