電子氣體是集成電路、發光二極管、顯示面板、光伏等領域生產制造過程中的關鍵材料。包括電子大宗氣體(常用氣體、一般氣體)和電子特種氣體(電子特氣)。電子大宗氣體是指集中供應且用量較大的氣體,如氮氣(N2)、氧氣(O2)、氫氣(H2)等;電子特氣則是指使用量相對較小的氣體,主要用于成膜(CVD等)、干式刻蝕、化學清洗等加工工藝。
電子氣體制造環節處于產業鏈中游,上游主要依托基礎化工原料,下游為半導體芯片、新型顯示面板和太陽能電池等元器件,及其消費電子、車載電子、網絡通信等領域終端產品。
1.國產化水平持續提升 部分高端產品供應能力實現突破
我國電子氣體產業基礎薄弱,但隨著中國新型顯示產業和半導體產業的快速發展,國際電子氣體供應商紛紛進入中國。如液化空氣在張家港建設了電子氣體生產基地并在南通生產氨氣;林德集團在蘇州建立了電子特種氣體分裝廠并生產混合氣體等。
另一方面,近10年來,國內一批專業化的電子氣體生產企業快速成長,不斷實現高端品種的技術突破,與國外的技術代差逐漸縮小。國產電子氣體越來越多地進入下游大客戶的供應鏈,特別是三氟化氮等部分產品還大量出口。
我國半導體集成電路行業用電子氣體整體國產化率持續提升(目前約為40%)。其中,8吋及以下晶圓用電子氣體已基本實現自主供應;12吋晶圓用電子氣體仍有一定差距,國內技術總體與國外先進水平相差1-2代。
新型顯示面板行業用電子氣體國產化率大幅提高到了60%左右。其中,薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)用三氟化氮、硅烷、氯氣、氦氣等主流電子氣體都實現了國產供應,部分產品達到100%國產供應;有機發光二極管(OLED)顯示用氧化亞氮、四氟化碳等主流電子氣體已實現國產大批量供應,個別產品如離子注入用的三氟化硼(BF3)仍依賴進口。
近年來,國內高端電子氣體產能逐步建成并實現批量供貨。比如,金宏氣體自主研發的超純氨、高純氧化亞氮等產品供應中芯國際、海力士、鎂光、聯芯集成、積塔等一批知名半導體客戶。中船特氣的三氟化氮、六氟化鎢產品已成功應用于集成電路5nm先進制程,氯化氫實現量產并完成客戶認證。華特氣體自主研發生產的4款光刻氣體獲得荷蘭ASML和日本Gigaphoton公司認證,分別是Ar/Ne/Xe、Kr/Ne、F2/Kr/Ne、F2/Ar/Ne,實現了光刻氣產品對于下游半導體光刻用準分子激光設備廠商的全覆蓋。
廣州廣鋼氣體能源股份有限公司近年來成長為新型顯示、集成電路制造領域超高純電子大宗氣體大規模供應的內資企業。2021年以來,陸續中標晶合集成、長鑫存儲、中車半導體等知名廠商的現場制氣項目。實現了內資氣體公司在集成電路制造領域供應超高純電子大宗氣體的突破。并成為方正微、長鑫集電、粵芯半導體、青島芯恩新建產線的電子大宗氣體供應商,有效推動了電子大宗氣體在集成電路制造領域的國產替代。
2.半導體和光伏產業發展迅速 市場需求持續擴大
受益于半導體集成電路、光伏等產業的快速發展,2022年世界和中國電子氣體市場規模持續擴大。
1)國內新增晶圓集中在12吋和8吋
得益于半導體產品市場的快速增長,國內晶圓廠紛紛加入產能擴張的大軍。根據公開數據顯示,2021年中國半導體晶圓產能(折合8吋)為407萬片/月,其中12吋晶圓實際產能約 104 萬片/月,8吋晶圓 102 萬片/月,6吋及以下晶圓127 萬片/月。2022年,中國半導體晶圓產能增加83.5萬片/月(折合8吋)。
2)光伏產業高速發展
2022年,國內光伏大基地建設及分布式光伏應用穩步提升。國內光伏新增裝機超過87吉瓦(GW);全年光伏產品(硅片、電池片、組件)出口達到512億美元,光伏組件出口達到155GW,有效支撐國內外光伏市場增長和全球新能源需求。
在綠色環保、節能減排的背景下,全球光伏裝機規模不斷擴大。歐洲能源危機以及日益增加的氣候問題和對凈零排放的推動,使得歐洲太陽能市場在2022年出現爆發式增長。在俄烏沖突的刺激下,傳統能源價格快速升高,歐洲各國積極推動能源轉型,開始大量從中國進口光伏組件。2022年,歐洲依然是中國光伏組件最主要出口市場,出口量同比增長114.9%。
光伏系統中最重要的是組件,組件的構成核心材料是電池片,光伏產業的高速發展,帶動電池片產量快速增長。2015-2022年,得益于中國電池片產業的快速發展,世界電池片年產量從62GW增長到350GW,年均增速高達28%。2020年,中國電池片產量135GW,同比增長22%。2022年,中國電池片產量達到318GW,同比增長61%。
我國太陽能電池片產量占全球總產量比例較高且優勢突出,從而持續拉動中低端電子化學品市場增長。
3)世界面板產能持續向國內轉移
當前,世界新型顯示產業競爭格局日趨明顯,主要聚焦在東亞地區,逐步向中國大陸集中,并形成以中國大陸、中國臺灣、韓國、日本“三國四地”的競爭格局。
中國面板產能迅速增長,產能規模現在位居世界第一。過去10余年間,中國大陸面板廠市場出貨面積份額從不足30%逐步提高到2022年的約60%。
2022年,受世界消費電子市場疲軟沖擊,主要消費電子品牌急于去庫存,一度停止面板采購,令面板價格驟降,世界面板行業遭遇了20多年來最大跌幅,產值同比下跌約27%。多家面板企業陷入虧損,被迫削減面板產能利用率。
化信觀點
相比國際電子氣體公司,國內企業整體規模小、數量多,產品種類少,缺乏領軍型企業,部分電子氣體存在品種和檔次的同質化問題,制約了行業整體競爭力和持續的創新發展。
國內企業的資金不夠充裕,技術研發實力弱。有限的資金主要用于進口產品的替代開發,大多注重單一產品的研制,以個別產品規模化生產為目標,沒有形成規模化和系列化產品的供應能力,難以為下游用戶提供整體解決方案和綜合服務。同時缺乏持續的自主研發創新能力和關鍵共性技術、工程化產業化關鍵技術,部分產品的質量一致性、穩定性、可靠性較差,尚無能力開展先進技術節點用電子氣體的創新性研究,不能為高端產品研制和使用提供支撐。
相關配套設施(如哈氏合金鍍鎳鋼瓶,不銹鋼容器,超高純電子氣體閥門、管道和接頭等)依賴進口。造成這一現象的主要原因在于,國內用戶對于采用國產的氣體配套設施和儀器持謹慎態度,擔心有毒有害電子氣體發生泄漏,進而對制造工藝和人身造成危害。雖然有一些企業嘗試開發管道、閥門、包裝瓶等,但難以得到用戶信任,缺少試錯和完善技術的機會。同時,國內缺乏系統的分析測試技術研究,材料應用工藝開發與驗證公共平臺不能滿足產品質量提升對分析儀器設備、檢驗方法提出的更高要求。
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