從三個(gè)緯度看懂半導(dǎo)體

原創(chuàng) 姚東來(lái) 半導(dǎo)體行業(yè)觀察 2022-03-07 08:50

半導(dǎo)體，什么是半導(dǎo)體呢？常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料？這個(gè)解釋大家能明白嗎？能讓不同行業(yè)的人一看就都能產(chǎn)生興趣嗎？接下來(lái)文章會(huì)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)做更多維度的解釋，讓他不再單獨(dú)是物理化學(xué)家眼中常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，也不單純是企業(yè)家實(shí)體生產(chǎn)廠家的電子信息產(chǎn)業(yè)的核心硬件基礎(chǔ)，包括集成電路、光電器件、分立器件、傳感器等四大類；同時(shí)也不是也不單單是產(chǎn)業(yè)鏈學(xué)者眼中的按產(chǎn)業(yè)鏈維度講，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自上而下包括上游以集成電路為代表的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、中游電子零部件及模組產(chǎn)業(yè)、下游整機(jī)組裝及終端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)等等。文章試圖通過(guò)作者根據(jù)材料了解的半導(dǎo)體，從盡可能更多的角度來(lái)剖析半導(dǎo)體，來(lái)讓更多的讀者能更好的從自己熟悉的視角找到與半導(dǎo)體接觸的興趣點(diǎn)。

一、物理化學(xué)材料端對(duì)于半導(dǎo)體的理解

半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體一般分為兩類，元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體，即在元素周期表的位置是4族的元素半導(dǎo)體和2族與6族的化合物所得。半導(dǎo)體還可以根據(jù)組成元素?cái)?shù)量不同分為雙元素化合物半導(dǎo)體、三元素化合物半導(dǎo)體。

（一）單元素半導(dǎo)體

以單一元素組成的半導(dǎo)體，屬于這一材料的有硼、鍺、硅、灰錫、銻、硒、碲等，其中以鍺、硅、錫研究較早，制備工藝相對(duì)成熟。元素半導(dǎo)體材料在元素周期表中的位置說(shuō)明了半導(dǎo)體材料的性質(zhì)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)，特別是原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，它們都居于周期表的A族。具有半導(dǎo)體特性的元素，如硅、鍺、硼、硒、碲、碳、碘等組成的材料。

其導(dǎo)電能力介乎導(dǎo)體和絕緣體之間。一般電阻率在10-7～10-3之間。主要采用直拉法、區(qū)熔法或外延法制備。工業(yè)上應(yīng)用最多的是硅、鍺、硒。用于制作各種晶體管、整流器、集成電路、太陽(yáng)能電池等方面。其他硼、碳（金剛石、石墨）、碲、碘及紅磷、灰砷、灰銻、灰鉛、硫也是半導(dǎo)體，但都尚未得到應(yīng)用。

（二）二、六或者三、五族化合物雙元素半導(dǎo)體

二、六或者三、五族化合物雙元素半導(dǎo)體，即是指由兩種確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)。包括晶態(tài)無(wú)機(jī)化合物（如III-V族、II-VI族化合物半導(dǎo)體）及其固溶體、非晶態(tài)無(wú)機(jī)化合物（如玻璃半導(dǎo)體）、有機(jī)化合物（如有機(jī)半導(dǎo)體）和氧化物半導(dǎo)體等。通常所說(shuō)的化合物半導(dǎo)體多指晶態(tài)無(wú)機(jī)化合物半導(dǎo)體。

主要的二元化合物半導(dǎo)體有：砷化鎵、磷化銦、硫化鎘、碲化鉍、氧化亞銅等。多采用布里奇曼法（由熔體生長(zhǎng)單晶的一種方法）、液封直拉法、垂直梯度凝固法制備化合物半導(dǎo)體單晶，用外延法、化學(xué)氣相沉積法等制備它們的薄膜和超薄層微結(jié)構(gòu)化合物材料。用于制備光電子器件、超高速微電子器件和微波器件等方面。

（三）三元素化合物半導(dǎo)體

三元化合物半導(dǎo)體材料是指由三種已確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)。從廣義上來(lái)說(shuō)，具有理想的Eg值的三元化合物半導(dǎo)體分為兩類。第一類是通常所說(shuō)的“贗二系”的化合物半導(dǎo)體，這種半導(dǎo)體是由兩種二元化合物混合而成，例如GaAs和InAs合金混合制成的GaxIn1-xAs（其中，0≤x≤1，x表示GaAs的摩爾分?jǐn)?shù)）系列的三元化合物半導(dǎo)體。這種方式生長(zhǎng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是無(wú)序的，合金元素不形成規(guī)則的結(jié)晶。第二類是真正的三元化合物晶體。正如AIP可以認(rèn)為是Si晶體中的Si原子被Al原子和P原子替換而成，同樣地，三元化合物系的CuGaS2也可以認(rèn)為是二元系的ZnS被置換而成，即ZnS+ZnS→CuGaS2。

從廣義上來(lái)說(shuō)，具有理想的Eg值的三元化合物半導(dǎo)體分為兩類。第一類是通常所說(shuō)的“贗二系”的化合物半導(dǎo)體，這種半導(dǎo)體是由兩種二元化合物混合而成，例如GaAs和InAs合金混合制成的GaxIn1-xAs（其中，0≤x≤1，x表示GaAs的摩爾分?jǐn)?shù)）系列的三元化合物半導(dǎo)體。這種方式生長(zhǎng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是無(wú)序的，合金元素不形成規(guī)則的結(jié)晶。第二類是真正的三元化合物晶體。正如AIP可以認(rèn)為是Si晶體中的Si原子被Al原子和P原子替換而成，同樣地，三元化合物系的CuGaS2也可以認(rèn)為是二元系的ZnS被置換而成，即ZnS+ZnS→CuGaS2。

（四）綜合而言

單元素半導(dǎo)體是最早發(fā)現(xiàn)被應(yīng)用的半導(dǎo)體，是他開(kāi)啟了人類使用半導(dǎo)體的先河，而雙元素半導(dǎo)體與三元素化合物半導(dǎo)體是半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，其中雙元素半導(dǎo)體與三元素半導(dǎo)體的差別有以下幾點(diǎn)值得關(guān)注：三元化合物半導(dǎo)體與組成它的兩種二元化合物AC和BC在物理性質(zhì)上的主要差異有以下幾個(gè)方面：

（1）體積改變。三元化合物的結(jié)構(gòu)里，單胞的體積與兩種二元化合物的單胞體積之和并不相等。一般來(lái)說(shuō)，體積的改變既有立方點(diǎn)陣常數(shù)a的改變，也有c/a的比值的改變。

（2）化學(xué)電負(fù)性。由于在復(fù)合結(jié)構(gòu)中，A-C和B-C的結(jié)合能相互影響和交換，因此三元化合物半導(dǎo)體的電負(fù)性完全不同于其任一二元化合物組元的電負(fù)性。

（3）結(jié)構(gòu)的改變。兩種材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為結(jié)合鍵的相互影響，也就是說(shuō)，它們可能表現(xiàn)為兩種物質(zhì)以最佳的方式結(jié)合，而不再遵循原有結(jié)合規(guī)律。

（4）p-d軌道雜化。以黃銅礦為例，在復(fù)合機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中，很明顯的存在Zn（或者Ga）從Cu的活躍的3d軌道得到結(jié)合鍵和能隙的現(xiàn)象。

二、產(chǎn)品維度解讀半導(dǎo)體

半導(dǎo)體在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域都有應(yīng)用，如二極管就是采用半導(dǎo)體制作的器件。無(wú)論從科技或是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看，半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。大部分的電子產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話或是數(shù)字錄音機(jī)當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)聯(lián)。常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用中最具有影響力的一種。以產(chǎn)品維度角度看：半導(dǎo)體是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心硬件基礎(chǔ)，包括集成電路、光電器件、分立器件、傳感器等四大類。

圖一、產(chǎn)品維度解讀半導(dǎo)體行業(yè)圖

而市場(chǎng)規(guī)模占比最大的集成電路（80%以上），可細(xì)分模擬芯片、處理器芯片、邏輯芯片、存儲(chǔ)器芯片，因此人們平日里談?wù)摰摹凹呻娐贰痹诮^大程度上代表了“半導(dǎo)體”概念。 

2021 年全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售額4，687。78億美元，同比增長(zhǎng)8。72%；中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)銷售額2，581。00億美元，同比增長(zhǎng)15。22%。2008至2018年，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策、下游終端應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下迅速擴(kuò)張，占全球半導(dǎo)體行業(yè)的比重比從18。16%上升至33。73%，在全球半導(dǎo)體行業(yè)中的重要性日益上升。

圖二、全球與中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)銷售額

注：圖片來(lái)源于滬硅產(chǎn)業(yè)招股書(shū)

（一）集成電路

集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。

根據(jù) WSTS 分類標(biāo)準(zhǔn)，半導(dǎo)體芯片主要可分為集成電路、分立器件、傳感器與光電子器件四種類別。其中，集成電路可細(xì)分為存儲(chǔ)器、模擬芯片、邏輯芯片與微處理器。模擬芯片可進(jìn)一步細(xì)分為功率器件、放大器、濾波器、反饋電路、基準(zhǔn)源電路、開(kāi)關(guān)電容電路等產(chǎn)品。射頻前端芯片是模擬芯片的一種，是集合了多種類型模擬芯片的模塊。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，是現(xiàn)代信息社會(huì)的基石。集成電路的含義，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其剛誕生時(shí)的定義范圍，但其最核心的部分，仍然沒(méi)有改變，那就是“集成”，其所衍生出來(lái)的各種學(xué)科，大都是圍繞著“集成什么”、“如何集成”、“如何處理集成帶來(lái)的利弊”這三個(gè)問(wèn)題來(lái)開(kāi)展的。硅集成電路是主流，就是把實(shí)現(xiàn)某種功能的電路所需的各種元件都放在一塊硅片上，所形成的整體被稱作集成電路。

圖三、中國(guó)集成電路規(guī)模與增速圖

注：圖片來(lái)源于滬硅產(chǎn)業(yè)招股書(shū)

（二）光電器件

光電器件是指根據(jù)光電效應(yīng)制作的器件稱為光電器件，也稱光敏器件。光電器件的種類很多，但其工作原理都是建立在光電效應(yīng)這一物理基礎(chǔ)上的。光電器件的種類主要有: 光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池、光電耦合器件。半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率是由載流子濃度決定的。半導(dǎo)體材料中的載流子包括材料內(nèi)部的自由電子及其留下的空位—空穴兩種。在正常情況下自由電子及空穴的形成與復(fù)合處于動(dòng)態(tài)平衡，電子要克服原子的束縛成為自由電子必須吸能量，而光照可以向電子提供能量，增強(qiáng)它掙脫原子束縛的能力。使得原本的動(dòng)態(tài)平衡被打破，自由電子及空穴的形成速率大于復(fù)合速率，從而在半導(dǎo)體內(nèi)部形成自由電子—空穴對(duì)。因此，光照可以改變載流子的濃度，從而改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。光電器件的組成有六個(gè)部分：第一，光敏電阻，制作光電傳感器用到最多的當(dāng)屬光敏電阻，光敏電阻在無(wú)光照的情況下電阻值比較高，當(dāng)它受到光照的情況下，阻值下降很多，導(dǎo)電性能明顯加強(qiáng)。光敏電阻的主要參數(shù)有暗電阻，暗電流，與之對(duì)應(yīng)的是亮電阻，亮電流。它們分別是在有光和無(wú)光條件下的所測(cè)的數(shù)值。亮電阻與暗電阻差值越大越好。在選擇光敏電阻的時(shí)候還要注意它的光照特性，光譜特性；第二，光電二極管，光電二極管在無(wú)光照的條件下，其工作在截至狀態(tài)，跟一般的二極管特性差不多，都具有單向?qū)ㄐ阅?。?dāng)受到光照時(shí)，PN區(qū)載流子濃度大大增加，載流子流動(dòng)形成光電流；第三，光電三極管，光電三極管跟普通三極管的區(qū)別在于發(fā)射極的尺寸做得比較小，當(dāng)光照的時(shí)候光電流差不多等于普通三極管的基極電流，光電三極管與光電二極管相比，靈敏更高；第四，光電池，實(shí)際當(dāng)中用得比較多的光電池是硅光電池。它能夠把光能直接轉(zhuǎn)化成為電能。光電池的一個(gè)重要特點(diǎn)是短路時(shí)的電流與光照基本成線性比例。在運(yùn)用中一般選擇負(fù)載電阻很小。負(fù)載電阻越小，線形度愈好；第五，光電管，光電管一般分為真空光電管和充氣光電管充氣光電管一般充氬氣或氬氖混合氣體，它們都屬于惰性氣體且原子量比較小。充氣光電管不足的地方在于靈敏度衰減快；第六，光電倍增管，光電倍增管主要由陰極室跟二次發(fā)射倍增系統(tǒng)構(gòu)成。光電倍增管的光電特性在光通量小的時(shí)候呈線性關(guān)系。由于光電倍增管暗電流的存在，限定了其測(cè)量時(shí)的最小范圍。

（三）分立器件

分立器件被廣泛應(yīng)用到消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)及外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)通信，汽車電子、led顯示屏等領(lǐng)域。其包括包括：半導(dǎo)體二極管：鍺二極管、硅二極管、化合物二極管等；半導(dǎo)體三極管：鍺三極管、硅三極管、化合物三極管等；半導(dǎo)體分立器件是電子電路的基礎(chǔ)元器件，是各類電子產(chǎn)品線路中不可或缺的重要組件。分立器件可廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品，其下游應(yīng)用市場(chǎng)可略分如下：家用電器、電源及充電器、綠色照明、網(wǎng)絡(luò)與通信、汽車電子、智能電表及儀器等。以下將從下游應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)分析半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)品的需求情況。

IGBT、MOS等等，都是分立器件的關(guān)鍵器件，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點(diǎn)；當(dāng)前市場(chǎng)上銷售的多為此類模塊化產(chǎn)品，一般所說(shuō)的IGBT也指IGBT模塊；隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進(jìn)，此類產(chǎn)品在市場(chǎng)上將越來(lái)越多見(jiàn)；IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，俗稱電力電子裝置的“CPU”；金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor， MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管（field-effecttransistor）。MOSFET依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為“N型”與“P型”的兩種類型，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其他簡(jiǎn)稱上包括NMOS、PMOS等。

圖四、功率器件市場(chǎng)規(guī)模與增速圖

注：圖片來(lái)源于滬硅產(chǎn)業(yè)招股書(shū)

（四）傳感器

傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。傳感器主要包括單一材料傳感器、復(fù)合材料 CMOS，傳感器與MEMS傳感器。隨著多攝像頭手機(jī)的普及，CMOS圖像傳感器增長(zhǎng)迅速；手機(jī)新增的指紋識(shí)別功能也增加了對(duì)于傳感器的需求；自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，增加了對(duì)圖像傳感器、激光雷達(dá)、超聲波傳感器多種類型傳感器的需求。

傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

圖五、傳感器市場(chǎng)規(guī)模與增速圖

注：圖片來(lái)源于滬硅產(chǎn)業(yè)招股書(shū)

三、產(chǎn)業(yè)鏈角度解讀半導(dǎo)體

產(chǎn)業(yè)鏈維度講，電子信息產(chǎn)業(yè)鏈自上而下包括上游以集成電路為代表的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、中游電子零部件及模組產(chǎn)業(yè)、下游整機(jī)組裝及終端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。

上游以集成電路為代表：由IC設(shè)計(jì)、IC制造、IC封測(cè)構(gòu)成的集成電路主產(chǎn)業(yè)鏈。（主要瓶頸突破依靠點(diǎn)：投研人才）

中游電子零部件產(chǎn)業(yè)：正在發(fā)生產(chǎn)業(yè)分工的進(jìn)一步深化，模組廠商通過(guò)集成眾多小零件來(lái)生產(chǎn)整塊模組，然后供應(yīng)給下游整機(jī)組裝廠。（主要瓶頸突破依靠點(diǎn)：細(xì)化分工，公司管理模式以及上游合作企業(yè)的優(yōu)化甄別）

下游整機(jī)組裝及終端：應(yīng)用產(chǎn)業(yè)最終生產(chǎn)出面向市場(chǎng)的電子產(chǎn)品，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括智能手機(jī)、個(gè)人電腦、工業(yè)醫(yī)療、汽車電子。（主要瓶頸突破依靠點(diǎn)：市場(chǎng)占領(lǐng)以及中上游合作企業(yè)的選擇優(yōu)化甄別）

從半導(dǎo)體整條產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，上游IP供應(yīng)和IC設(shè)計(jì)兩個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘最高，半導(dǎo)體設(shè)備和晶圓制造環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘次之，封測(cè)行業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上相對(duì)最低。產(chǎn)業(yè)鏈即價(jià)值分配鏈，文章接下來(lái)會(huì)根據(jù)自身掌握材料以產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游為分界線，解讀半導(dǎo)體行業(yè)。

圖六、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈分類圖

注：來(lái)源于中國(guó)知網(wǎng)

（一）產(chǎn)業(yè)鏈上游：材料生產(chǎn)端、設(shè)備端

半導(dǎo)體材料可分為晶圓制造材料和封裝材料兩大類。其中，硅片、氣體、光掩模和光刻膠四種材料市場(chǎng)規(guī)模占整體比例67%以上，硅片和硅基材料占半導(dǎo)體制造材料市場(chǎng)比重約為32%。日本占據(jù)全球一半以上的半導(dǎo)體硅材料市場(chǎng)份額，美國(guó)在個(gè)別領(lǐng)域處干壟斷地位。美國(guó)陶氏化學(xué)占制造用拋光材料市場(chǎng)超90%的份額，美國(guó)科銳公司在碳化硅、氮化鎵等第三代半導(dǎo)體材料領(lǐng)域高度壟斷。而國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)材料基本依賴進(jìn)口，本土材料廠商較少，特別是12英寸的大尺寸集成電路級(jí)硅片依然嚴(yán)重依賴進(jìn)口，主要句括上海新昇、蘇州瑞紅、北京科化等。上海新昇半導(dǎo)體在12時(shí)晶圓技術(shù)上已有突破，但月產(chǎn)能僅為7-10萬(wàn)片，市場(chǎng)占有量偏小。

半導(dǎo)體裝備是一個(gè)高度壟斷的市場(chǎng)，在晶圓制造設(shè)備中，光刻機(jī)、刻蝕機(jī)和薄膜沉積設(shè)備為核心設(shè)備，分別占晶圓制造環(huán)節(jié)的比例約30%、25%和25%。封裝設(shè)備中，主要包括減薄機(jī)劃片機(jī)和封裝機(jī)等。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體裝備企業(yè)品然展現(xiàn)了高速增長(zhǎng)的趨熱，但與美、日等國(guó)家相比還存在一定差距。美國(guó)設(shè)備企業(yè)全球市場(chǎng)占比高達(dá)56%，而我國(guó)僅占全球的3%。全球半導(dǎo)體設(shè)備五強(qiáng)中，美國(guó)應(yīng)用材料、泛林、科磊占據(jù)三強(qiáng)。目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)自給率低需求缺口大等特點(diǎn)，在低端制程已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，但高端制程亟待突破，主要廠商包括北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體海微電子中電科電子裝備等。IP供應(yīng)龍頭ARM和FablessIC設(shè)計(jì)龍頭高通每年研發(fā)費(fèi)用占收入比重分別高30%和20%;半導(dǎo)體設(shè)備龍頭ASML和Foundry龍頭臺(tái)積電每年研發(fā)費(fèi)用率則分別為11%和8%。而封測(cè)龍頭日月光每年的研發(fā)費(fèi)用占收入比例僅為4%左右。并且與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上其他環(huán)節(jié)相比較，封測(cè)環(huán)節(jié)在資本投入上有較高的壁壘，僅低于晶圓制造環(huán)節(jié)，同樣需要大最資金投入修建廠房和購(gòu)買設(shè)備，日月光近三年平均資本支出占到公司收入的22.1%。

（二）產(chǎn)業(yè)鏈中游：器件生產(chǎn)端、制造端

半導(dǎo)體產(chǎn)品主要包括兩大類：集成電路IC（即我們常說(shuō)的芯片）和半導(dǎo)體分立器件（D-O-S）。集成電路/芯片可分為數(shù)字電路和模擬電路。數(shù)字電路又可分為微處理器，邏輯電路，存儲(chǔ)器。集成電路/芯片指通過(guò)一系列特定平面制造工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等元器件，按照一定電路互連關(guān)系，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片上，并封裝在一個(gè)保護(hù)外殼內(nèi)，能執(zhí)行特定功能的復(fù)雜電子系統(tǒng)。代表器件：雙極型集成電路代表類型有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等，單極型集成電路代表類型有CMOS、NMOS、PMOS等。

半導(dǎo)體分立器件可分為分立器件（二極管、三極管等）、光電子器件和敏感器件。分立器件是與集成電路/芯片相對(duì)而言的，指普通的電阻、電容、晶體管等電子元件，是最小的元件，內(nèi)部沒(méi)有集成的東西。代表器件：半導(dǎo)體晶體二極管、半導(dǎo)體三極管。光電子器件指利用半導(dǎo)體光-電子（或電-光子）轉(zhuǎn)換效應(yīng)制成的各種功能器件。代表器件：發(fā)光二極管（LED）和激光二極管（LD）、光電探測(cè)器或光電接收器、太陽(yáng)電池。敏感器件是傳感器的重要組成部分，能敏銳地感受某種物理、化學(xué)、生物的信息并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔⒌奶胤N電子元件。代表器件：熱敏電阻器、壓敏電阻器、光敏電阻器、力敏電阻器、磁敏電阻器、氣敏電子器、濕敏電阻器。

半導(dǎo)體產(chǎn)品中集成電路/芯片約占80%左右，半導(dǎo)體分立器件約占20%左右。由于半導(dǎo)體產(chǎn)品中大部分是集成電路/芯片，因此常常把半導(dǎo)體和集成電路/芯片混為一談。集成電路/芯片的產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是集成電路/芯片制造所需的原材料和生產(chǎn)設(shè)備。集成電路/芯片的生產(chǎn)工序主要涉及芯片設(shè)計(jì)、晶圓加工、封裝和測(cè)試。集成電路/芯片主要應(yīng)用于通信設(shè)備（包括手機(jī)）、PC/平板、消費(fèi)電子、汽車電子等下游行業(yè)。

（三）產(chǎn)業(yè)鏈下游：產(chǎn)品應(yīng)用端、銷售端

Gartner在報(bào)告中指出，成品市場(chǎng)最大的兩個(gè)領(lǐng)域是移動(dòng)和計(jì)算，表明了過(guò)去一年的增長(zhǎng)方向。前者主要以智能手機(jī)和存儲(chǔ)市場(chǎng)推動(dòng)增長(zhǎng)、銷售額同比增長(zhǎng)9。6%而后者受PC和平板電腦銷量下滑影響，銷售額同比下降83%。調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner表示，隨著存儲(chǔ)器、物聯(lián)網(wǎng)(loT)與其他市場(chǎng)用特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(App-Specific Standard Products。ASSP)庫(kù)存狀況獲得改善，以及平均售價(jià)(ASP)揚(yáng)升預(yù)估2022年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模可望年增9.2%達(dá)8641億美元:年增幅度將高干2021年的1.5%，一掃先前整體市場(chǎng)沉悶陰霾，縱觀全球半導(dǎo)體市場(chǎng)呈現(xiàn)出諸多發(fā)展跡象。

圖七、半導(dǎo)體終端應(yīng)用市場(chǎng)情況

注：圖片來(lái)源于滬硅產(chǎn)業(yè)招股書(shū)

 Gartner 預(yù)計(jì)2017-2022 年增速最快的半導(dǎo)體終端應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)電子和汽車電子，將成為未來(lái)幾年全球半導(dǎo)體行業(yè)增長(zhǎng)最重要的驅(qū)動(dòng)力。其中，工業(yè)電子年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)可達(dá)12%。隨著工業(yè)從規(guī)?；呦蜃詣?dòng)化、智能化，工業(yè)與信息化的深度融合、智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)將帶動(dòng)工業(yè)電子需求的增長(zhǎng)。汽車電子2017-2022年預(yù)計(jì)復(fù)合增長(zhǎng)率為11%。汽車電子的增長(zhǎng)主要源于傳統(tǒng)車輛電子功能的擴(kuò)展、自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷成熟以及電動(dòng)汽車行業(yè)的快速成長(zhǎng)。車輛的ABS（防抱死）系統(tǒng)、車載雷達(dá)、車載圖像傳感系統(tǒng)、電子車身穩(wěn)定程序、電控懸掛、電動(dòng)手剎、壓力傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀與流量傳感器等，均需要使用半導(dǎo)體產(chǎn)品，汽車智慧化的趨勢(shì)極大地拉動(dòng)了汽車電子產(chǎn)品的增長(zhǎng)。隨著電動(dòng)汽車的普及與車輛電壓、電池容量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，電源管理器與分離式功率器件的需求量也將隨之上升。

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