电子气体是集成电路、发光二极管、显示面板、光伏等领域生产制造过程中的关键材料。包括电子大宗气体(常用气体、一般气体)和电子特种气体(电子特气)。电子大宗气体是指集中供应且用量较大的气体,如氮气(N2)、氧气(O2)、氢气(H2)等;电子特气则是指使用量相对较小的气体,主要用于成膜(CVD等)、干式刻蚀、化学清洗等加工工艺。
电子气体制造环节处于产业链中游,上游主要依托基础化工原料,下游为半导体芯片、新型显示面板和太阳能电池等元器件,及其消费电子、车载电子、网络通信等领域终端产品。
1.国产化水平持续提升 部分高端产品供应能力实现突破
我国电子气体产业基础薄弱,但随着中国新型显示产业和半导体产业的快速发展,国际电子气体供应商纷纷进入中国。如液化空气在张家港建设了电子气体生产基地并在南通生产氨气;林德集团在苏州建立了电子特种气体分装厂并生产混合气体等。
另一方面,近10年来,国内一批专业化的电子气体生产企业快速成长,不断实现高端品种的技术突破,与国外的技术代差逐渐缩小。国产电子气体越来越多地进入下游大客户的供应链,特别是三氟化氮等部分产品还大量出口。
我国半导体集成电路行业用电子气体整体国产化率持续提升(目前约为40%)。其中,8吋及以下晶圆用电子气体已基本实现自主供应;12吋晶圆用电子气体仍有一定差距,国内技术总体与国外先进水平相差1-2代。
新型显示面板行业用电子气体国产化率大幅提高到了60%左右。其中,薄膜晶体管液晶显示(TFT-LCD)用三氟化氮、硅烷、氯气、氦气等主流电子气体都实现了国产供应,部分产品达到100%国产供应;有机发光二极管(OLED)显示用氧化亚氮、四氟化碳等主流电子气体已实现国产大批量供应,个别产品如离子注入用的三氟化硼(BF3)仍依赖进口。
近年来,国内高端电子气体产能逐步建成并实现批量供货。比如,金宏气体自主研发的超纯氨、高纯氧化亚氮等产品供应中芯国际、海力士、镁光、联芯集成、积塔等一批知名半导体客户。中船特气的三氟化氮、六氟化钨产品已成功应用于集成电路5nm先进制程,氯化氢实现量产并完成客户认证。华特气体自主研发生产的4款光刻气体获得荷兰ASML和日本Gigaphoton公司认证,分别是Ar/Ne/Xe、Kr/Ne、F2/Kr/Ne、F2/Ar/Ne,实现了光刻气产品对于下游半导体光刻用准分子激光设备厂商的全覆盖。
广州广钢气体能源股份有限公司近年来成长为新型显示、集成电路制造领域超高纯电子大宗气体大规模供应的内资企业。2021年以来,陆续中标晶合集成、长鑫存储、中车半导体等知名厂商的现场制气项目。实现了内资气体公司在集成电路制造领域供应超高纯电子大宗气体的突破。并成为方正微、长鑫集电、粤芯半导体、青岛芯恩新建产线的电子大宗气体供应商,有效推动了电子大宗气体在集成电路制造领域的国产替代。
2.半导体和光伏产业发展迅速 市场需求持续扩大
受益于半导体集成电路、光伏等产业的快速发展,2022年世界和中国电子气体市场规模持续扩大。
1)国内新增晶圆集中在12吋和8吋
得益于半导体产品市场的快速增长,国内晶圆厂纷纷加入产能扩张的大军。根据公开数据显示,2021年中国半导体晶圆产能(折合8吋)为407万片/月,其中12吋晶圆实际产能约 104 万片/月,8吋晶圆 102 万片/月,6吋及以下晶圆127 万片/月。2022年,中国半导体晶圆产能增加83.5万片/月(折合8吋)。
2)光伏产业高速发展
2022年,国内光伏大基地建设及分布式光伏应用稳步提升。国内光伏新增装机超过87吉瓦(GW);全年光伏产品(硅片、电池片、组件)出口达到512亿美元,光伏组件出口达到155GW,有效支撑国内外光伏市场增长和全球新能源需求。
在绿色环保、节能减排的背景下,全球光伏装机规模不断扩大。欧洲能源危机以及日益增加的气候问题和对净零排放的推动,使得欧洲太阳能市场在2022年出现爆发式增长。在俄乌冲突的刺激下,传统能源价格快速升高,欧洲各国积极推动能源转型,开始大量从中国进口光伏组件。2022年,欧洲依然是中国光伏组件最主要出口市场,出口量同比增长114.9%。
光伏系统中最重要的是组件,组件的构成核心材料是电池片,光伏产业的高速发展,带动电池片产量快速增长。2015-2022年,得益于中国电池片产业的快速发展,世界电池片年产量从62GW增长到350GW,年均增速高达28%。2020年,中国电池片产量135GW,同比增长22%。2022年,中国电池片产量达到318GW,同比增长61%。
我国太阳能电池片产量占全球总产量比例较高且优势突出,从而持续拉动中低端电子化学品市场增长。
3)世界面板产能持续向国内转移
当前,世界新型显示产业竞争格局日趋明显,主要聚焦在东亚地区,逐步向中国大陆集中,并形成以中国大陆、中国台湾、韩国、日本“三国四地”的竞争格局。
中国面板产能迅速增长,产能规模现在位居世界第一。过去10余年间,中国大陆面板厂市场出货面积份额从不足30%逐步提高到2022年的约60%。
2022年,受世界消费电子市场疲软冲击,主要消费电子品牌急于去库存,一度停止面板采购,令面板价格骤降,世界面板行业遭遇了20多年来最大跌幅,产值同比下跌约27%。多家面板企业陷入亏损,被迫削减面板产能利用率。
化信观点
相比国际电子气体公司,国内企业整体规模小、数量多,产品种类少,缺乏领军型企业,部分电子气体存在品种和档次的同质化问题,制约了行业整体竞争力和持续的创新发展。
国内企业的资金不够充裕,技术研发实力弱。有限的资金主要用于进口产品的替代开发,大多注重单一产品的研制,以个别产品规模化生产为目标,没有形成规模化和系列化产品的供应能力,难以为下游用户提供整体解决方案和综合服务。同时缺乏持续的自主研发创新能力和关键共性技术、工程化产业化关键技术,部分产品的质量一致性、稳定性、可靠性较差,尚无能力开展先进技术节点用电子气体的创新性研究,不能为高端产品研制和使用提供支撑。
相关配套设施(如哈氏合金镀镍钢瓶,不锈钢容器,超高纯电子气体阀门、管道和接头等)依赖进口。造成这一现象的主要原因在于,国内用户对于采用国产的气体配套设施和仪器持谨慎态度,担心有毒有害电子气体发生泄漏,进而对制造工艺和人身造成危害。虽然有一些企业尝试开发管道、阀门、包装瓶等,但难以得到用户信任,缺少试错和完善技术的机会。同时,国内缺乏系统的分析测试技术研究,材料应用工艺开发与验证公共平台不能满足产品质量提升对分析仪器设备、检验方法提出的更高要求。
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