不起眼的半导体材料何以成为大国崛起的关键X因素？

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• 作者：李骁 丁文翰

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提起日本电子产业，可能很多人会联想到“落寞的贵族”，东芝、松下、索尼、夏普这些昔日辉煌的“日本之光”已经越来越少的被提及。但在半导体材料领域，日本仍然是“骄傲的王者”。在全球半导体产业链上游的芯片制造环节，硅片、电子气体、光掩膜、抛光材料、光刻胶、湿化学品、溅射靶材等多种关键半导体材料的生产都高度依赖日本企业。

2019年7月，日本方面实施“半导体材料禁令”，包括氟化氢、光刻胶在内的三种原材料被禁止向韩国出口。当时，韩国从日本进口的氟化氢占到了全部进口量的51%，光刻胶从日本进口量更是达到94%。正所谓“打蛇七寸”，日本方面的一纸禁令，深深禁锢住了韩国万亿级别的半导体产业。无独有偶，2023年3月有消息传出，日本某光刻胶大厂已经执行美国“实体清单”的限制要求，对中国大陆某存储晶圆厂断供了KrF光刻胶。若消息属实，这也就意味着，继光刻机之后，中国在芯片制造行业又将遭受到一次“残酷”的打击。

2023年6月，日本半导体材料巨头JSR宣布已接受日本官民基金产业革新投资机构的收购邀约。通过将JSR国有化，日本政府可以有更多的机会来调整和优化JSR的战略定位，以适应国家产业政策和发展需求。

在当前“逆全球化”进程不断加剧的时代背景下，半导体材料作为芯片之基石，其战略价值不断凸显。

01  

半导体材料国产替代正当时

从供给格局来看，当前全球各类半导体材料几乎全部被日美两国厂商所垄断，各类材料的CR5普遍在80%以上。根据SEMI数据，当前中国半导体材料自给率仅有10-15%，虽然自给率呈现逐年提升态势，但整体水平依然较低。其根本原因在于我国半导体产业发展较晚，而半导体材料在技术、专利、客户认证等方面存在极高的壁垒，国产厂商较难在短时间内完成追赶。

近年来，全球集成电路产业向国内转移趋势明显。根据SEMI数据，预计全球将有82座新厂及产线将在2023-2026年陆续投产，其中中国大陆占比最大，包括中芯国际、华虹宏力、长江存储、长鑫存储、士兰微等企业正在加速扩产；格科微、鼎泰匠芯、华润微等企业布局的12英寸晶圆生产线也将陆续投产。

考虑到产品稳定性、生产效率、认证时间成本等因素，当晶圆厂开始产能爬坡后，一般不会轻易改变已定型的产品结构。因此，新建晶圆厂是国内材料企业实现国产替代的最佳窗口期。在动机层面，随着美国不断升级对我国半导体产业的制裁，半导体材料国产化诉求强烈，细分材料龙头验证导入及产品放量速度明显加快，特别在成熟制程领域，国产替代周期有望缩短。

02  

中低端领域率先国产化，高端领域逐步技术突破

半导体材料种类繁多，各具特色，很难一概而论。根据国产替代的进程，可以笼统分为两类。

一类以光掩膜、光刻胶、硅片、CMP抛光材料为代表，其技术壁垒相对较高，且材料本身需要随制程突破需要不断迭代，导致国内厂商追赶的进程相对较慢。特别在先进制程领域，基本尚未实现技术突破。在上述领域中，在材料厂商不断研发投入以及下游制造厂商扶持下，各细分领域也涌现出一批头部的本土企业在带领行业不断向前。如在硅片领域，沪硅产业、西安奕斯伟已实现12英寸大尺寸硅片的批量化供应；在光刻胶领域，北京科华的KrF光刻胶已通过中芯国际的认证；在CMP抛光材料领域，安集科技14nm技术节点产品已进入客户认证阶段。

相比之下，电子特气、靶材和湿电子化学品目前国产化率相对较高，可以达到20-30%。一方面是这些材料的技术路线延续性较强，不需要频繁地更新换代，产品品质的关键在于材料纯度的提高，因此材料厂商可以集中力量对单类产品进行打磨。另一方面是这些材料除了半导体应用，往往还可以用于光伏、显示等其他领域。这使得材料厂商可以先依靠光伏、显示等领域打开市场、积累经验、获取利润，形成产业化基础和一定的产能规模洁癖，再向技术难度更高的半导体领域延伸。

在上述领域中，实现批量供货的本土企业相对较多，代表性企业包括电子特气领域的华特气体、靶材领域的江丰电子、湿电子化学品领域的江化微等，正在加速对海外供应商实现替代。

03  

第三代半导体热度升级，有望实现弯道超车

2018年，特斯拉的Model 3成为全球第一款搭载全碳化硅（SiC）功率模块逆变器的车型。SiC由于具有高温操作和低损耗等特性，可以缩小用于冷却的散热片、扩大内部空间，使得Model 3的车身比Model S减小了20%。

在特斯拉的引领下，SiC越来越多地在新能源汽车中得到应用。作为目前全球最大的新能源汽车制造商，比亚迪在2022年底宣布将在短期内将SiC上车比例提升至50%以上。

基于优异的电气特性，以SiC、GaN为代表的第三代半导体渗透率正在快速提升。根据CASA数据，预计国内SiC、GaN功率半导体市场在未来3-5年将保持40%以上的年化复合增速，到2026年市场规模有望超过500亿元。其中，新能源汽车及充电基础设施将是下游最大的应用领域。目前，价格是第三代半导体产品最大的制约因素，但随着各大供应商陆续扩大产能、加快技术研发，第三代半导体将有很大的成长空间，下游应用场景有望随产品单价下降而持续扩大。

与传统硅基半导体产品相比，一方面第三代半导体产品主要使用成熟制程工艺，在美国持续升级对我国半导体产业技术封锁的大环境中，第三代半导体有望成为我国半导体产业突围先锋。另一方面，由于我国布局第三代半导体材料并不算晚，我国发展现状与海外差距相对较小，并且国家已在“十四五”规划中明确将第三代半导体提升至战略高度，第三代半导体可能给予我国半导体产业弯道超车的机会。

目前，我国第三代半导体产能已初具规模，衬底、外延、器件产能已经可以初步实现国产的供需内循环。2023年6月，三安光电与意法半导体联合宣布，拟投资32亿美元在重庆共同建立全新的8英寸碳化硅器件合资制造工厂，该笔投资有望进一步推进中国碳化硅生态系统发展，是第三代半导体领域极高景气度的一个缩影。

04  

多层次资本市场的成熟，进一步助力半导体材料企业发展

对于一家半导体企业而言，长期、持续性的研发投入是企业健康长久发展最重要的因素，融资渠道的畅通可为真正有技术实力的半导体企业提供源源不断的资金支持，从而跟上全球产业创新的步伐。

近年来，半导体材料企业逐步得到一级市场PE/VC的关注与认可，投融资案例数据与交易规模一直维持在高位。刚刚过去的2022年，国内半导体材料领域投融资金额超3,000亿。其中，硅片领域超1,000亿，位居首位；第三代半导体、IC载板、电子化学品及电子特气等半导体材料投资额均超过200亿。

对半导体材料产业的资金注入，极大推动了行业进一步发展，为提升中国在半导体领域的自主可控能力提供了强有力的支撑。

在二级市场中，科创板的建立不仅为科创属性强的半导体产业链公司提供了友好的融资通道，更为重要的是，基于二级市场科创板的估值标杆，有助于资金投向一级市场的初创企业，从而起到了很好的产业培育作用。根据上交所2023年3月最新发布的《科创板企业上市推荐指引》，半导体和集成电路列于重点推荐的新一代信息技术领域的首位，可以映射出国家推动半导体产业发展强烈的决心。

美国塔夫茨大学教授克里斯托弗·米勒在他的《芯片战争》一书中表示，在大国竞争背景下，芯片和贸易、科技、资本等一样，成为战略竞争的重要内容。随着全球各科技大国围绕半导体领域的博弈加剧，半导体领域的竞争向上游延伸，半导体材料逐渐成为关键的“卡脖子”环节。大国崛起的背后，是全球大分工的重新洗牌，是对高端产业链主导权的争夺。抓住半导体产业链转移机遇，大力发展国产半导体材料，提高半导体材料国产化率，是支撑我国半导体产业安全发展的必要保障，也是提升我国经济发展新动能的重要突破口。