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[导读]半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间,利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件,可用来产生、控制、接收、变换、放大信 号和进行能量转换。

半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间,利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件,可用来产生、控制、接收、变换、放大信 号和进行能量转换。半导体器件的半导体材料是硅、锗或砷化镓,可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。为了与集成电路相区别,有时也称为分立器件。绝大部分二端器件(即晶体二极管)的基本结构是一个PN结。

据国际半导体行业协会(SEMI)本周发布的《全球半导体设备市场统计报告》显示,2021年,全球半导体制造设备的销售额比2020年的712亿美元增长了44%,创下了1026亿美元的历史新高。中国大陆再次成为世界上最大的半导体设备市场。

SEMI指出,半导体产业的扩大,不仅是由于该领域的供求不平衡,而且还由于半导体产业持续快速发展,以确保出现广泛的尖端应用。具体而言,中国大陆市场的半导体设备销售额在2021年达到296.2亿美元,同比增长58%,占全球市场的28.9%。中国台湾地区的半导体设备销售额为249.4亿美元,同比增长45%。2021年,韩国市场半导体设备的销售额总计249.8亿美元,同比增长55%。日本半导体设备的销售额为78亿美元,同比增长3%。北美市场的半导体设备销售额为76.1亿美元,同比增长17%。欧洲市场的总销售额为32.5亿美元,同比增长23%。全球其他地区的销售额为44.4亿美元,增长了79%。

此外,2021年全球前端设备的销售额同比增长了22%,全球封装设备的销售额同比增长87%,测试设备的销量同比增长了30%。SEMI总裁兼首席执行官Ajit Manocha表示:“2021年全球半导体制造设备支出增长44%,突显了全球半导体行业扩大产能的积极推动。这种扩大生产能力的动力已经超越了当前的供应失衡,因为行业继续努力解决各种新兴的高科技应用,这些应用将使数字世界更加智能,并带来无数的社会效益。”

中国已经连续多年蝉联全球最大的半导体设备市场,简而言之就是半导体设备销售额最多的国家,划重点:“这不是全球半导体芯片份额,而是购买制造半导体芯片的设备”,2021年中国半导体设备销售额296.2亿美元,韩国半导体设备销售249.8美元亿排名第二,第三中国台湾249.4美元。

前三名几乎占据了全球半导体设备销售额的70%,而北美、欧洲、日本等加一起只有180多亿美元,从半导体设备销售情况就可以看出全球半导体产能分部,中国、韩国、中国台湾都在积极扩充产能。

全球企业都在积极扩充芯片产能,为了应对半导体芯片结构性短缺问题,包括台积电、三星、英特尔、美光、中芯国际都在建设新厂,这里包括了半导体前端设备、半导体封装设备、半导体测试设备等,同比最少都有超过20%的增幅,从这一点足以看出产能短缺问题的严重性。

但半导体芯片制造工厂需要漫长的建设时间,一般来说最少3年,因此多家权威机构分析指出,结构性短缺将最少持续到2024年,这一情况才会有所缓解!

由于西方的种种限制,我国的半导体芯片制造业面临着大而不强的局面,尤其是先进工艺设备根本买不到,就是说虽然我国半导体设备销售额第一,但绝大部分都是成熟工艺的设备,7nm以下的设备几乎没有。

对于我国半导体产业的这种情况,唯一的办法就是国产替代,首先从28nm、14nm这样的成熟工艺做起,半导体设备国产化,自主掌握核心技术,从规模到质量全方面提升,目前全球工艺最先进的晶圆厂是台积电,全球最大晶圆厂是三星(半导体芯片产能),我国企业对比三星、台积电还有不小的差距。

目前,中国在半导体设计、工艺、设备、材料及EDA领域均落后全球领先技术数年。这愈加凸显中国半导体领域实现自给自足的重要性,只有牢牢地将核心技术掌握在手里,才能无惧任何挑战。

目前,在国家政策以及资本的支持下,中国大陆半导体产业得以快速发展。据半导体行业协会公布的数据显示,截至2021年12月,中国大陆芯片设计企业数量达到了2,810家,同比增长26.7%。但是,中国半导体发展之路依然任重道远。例如,虽然国产晶圆生产设备的主要供应商已经发展起来,但是设备中部分零部件和耗材,依然需要由美国、日本或欧洲供应商提供。此外,光刻胶、合成陶瓷、石英零部件等耗材供应紧张也导致扩产乏力,产能岌岌可危。

梁钊表示,中国半导体产业要突破外在制约,在激烈的行业竞争中取得领先地位,国产半导体设备、材料和核心零部件是关键要素。这些领域也将成为未来投资的重点。

首先,半导体设备及材料领域。在特殊时期的影响下,中国半导体设备行业蓬勃兴起。但是,中国半导体设备和材料的国产化率只有不到18%,巨大的提升空间蕴含了很多投资机会。未来5-10年,一旦国外垄断被打破,国内厂商将获得巨大回报。梁钊建议,在半导体设备方面,CVD、PVD、ALD、ETCH、CMP设备以及半导体设备中的核心零部件、先进封装行业的高端封测设备的投资机会值得关注。在材料领域,光刻胶、合成陶瓷、高端塑封料、高端封装载板、引线框架、焊料等国产化极低的领域值得关注。

其次,化合物半导体领域。到目前为止,半导体材料共经过了三个发展阶段——第一代半导体硅(Si),第二代半导体砷化镓(GaAs),第三代半导体又称宽带隙半导体(WBG)则是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。近年来,国家及地方政府多次出台扶持政策,重点发展第三代半导体产业,自主可控需求明确。例如,“中国制造 2025”计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业;2020年7月,国家印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》的通知,为集成电路设计、装备、材料、封装、测试企业提供税收优惠支持,推动行业健康发展。

第三代半导体广受关注,主要原因是随着5G、电动车时代来临,科技产品对于高频、高速运算、高速充电的需求上升,硅与砷化镓的温度、频率、功率已达极限,难以提升电存储量和充电速度,一旦操作温度超过100度时,前两代产品便容易出现故障,无法应用于严苛的环境。第三代半导体在高频状态下则可以维持优异的效能和稳定性,同时拥有开关速度快、尺寸小、散热迅速等特性,芯片面积大幅减少后,还有助于简化电路设计,进而减少模组及冷却系统的体积。

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