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电子特气:历史级稀缺时刻?极为关键的国产半导体赛道!

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电子特气:历史级稀缺时刻?极为关键的国产半导体赛道!

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2023年中国电子特气行业概览:被忽视的半导体制造材料,国产化有望提速(独占版)
2023年中国电子特气行业概览:被忽视的半导体制造材料,国产化有望提速(独占版)

头豹研究院

发布时间

2023-5-17 00:00

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*本文参考报告:《2023年中国电子特气行业概览:被忽视的半导体制造材料,国产化有望提速》,首发于头豹科创网。


晶圆制造的原材料中,硅片占比最大,约为36%,其次是电子特气,占比为13%。


电子特气在晶圆制造过程中扮演着重要的角色,是大量使用的耗材之一。整套晶圆制造工艺中需要使用到高达100种电子气体,其中核心工段涉及电子特气的种类约为40-50种。

 

电子特气贯穿晶圆制造的成膜、清洗、沉积、刻蚀、掺杂、离子注入等工艺流程,因此被称为晶圆的“粮食”。

 

全球约75%的氖气由半导体制造消耗,根据集邦资讯数据显示,乌克兰供应了全球70%的氖气、40%的氪气和30%的氙气,且乌克兰的氖气产量也占美国进口惰性气体的90%。

 

俄乌战争爆发后,乌克兰气体供应商的生产和销售均遭到了很大影响,有的公司生产基地甚至成为了战争的核心战场,稀有气体紧缺。




据英国《金融时报》报道,对半导体制造过程至关重要的稀有气体的价格正在飙升,可用库存和供应已经证明不足以满足当前的需求水平,截至2022年7月,氖气、氪气、氙气价格较年初分别上涨了800%、126%以及108%。

 

中国下游厂商对电子特气供应链安全越来越重视,预计对国产电子特气的审核认证方面将加快进度,电子特气的国产替代进度有望加速。

 

本文,头豹研究院将从电子特气行业分类、产业链、市场规模、竞争格局、投融资等角度为您深入分析中国电子纸行业。

 

01

电子特气是现代工业的原料基石

 

电子气体种类繁多,可分为电子特气和电子大宗气体两类:电子大宗气体一般用于电子工业生产的环境保护气、载气等,主要用于高温热退火、保护气体等环节。电子特气是半导体、液晶面板、LED、光伏等电子工业生产中必不可少的基础和支撑性原材料。在生产工艺方面,电子特气参与到离子注入、刻蚀、气相沉积、掺杂等流程中,在下游应用中,电子特气涵盖半导体、化工、高端装备制造等领域。其中,电子特气的使用涵盖整个半导体行业生产过程,从芯片生长到最后器件的封装,每一个环节都需要电子特气的参与,需使用上百种电子特气,电子特气在半导体的刻蚀和掺杂工艺中使用占比较高,分别占比36%和34%。

 

按应用领域分类,电子特气可以分为半导体加工用电子特气、光伏产业用电子特气、液晶产业用电子特气、平板显示产业用电子特气等。

 

半导体加工用电子特气主要包括氟化氢、氧化二氮、氢气、氧气等,用于半导体芯片的制造过程中,如绝缘层沉积、氮化物沉积等;光伏产业用电子特气主要包括硒化氢、氧化硒、氢氟酸、氢气等,用于太阳能电池的制造过程中,如硒化层制备、表面优化等;液晶产业用电子特气主要包括氮气、氧气、氩气等,用于液晶显示器的制造过程中,如等离子体增强的形态控制、基板清洗、封装和直接成型等;平板显示产业用电子特气主要包括氧化硅、氮气、氩气等,用于平板显示器的制造过程中,如电极沉积、LED背光芯片表面制备等。在不同的应用领域,电子特气的需求也有所不同,不同的电子特气也有不同的性质和特点,需要根据不同的需求选择适合的电子特气来使用。

 

02

俄乌战争引发稀有气体短缺

 

电子特气是晶圆制造过程中的第二大原材料,被称为晶圆的“粮食”:晶圆制造的原材料中,硅片占比最大,约为36%,其次是电子特气,占比为13%。电子特气在晶圆制造过程中扮演着重要的角色,是大量使用的耗材之一。整套晶圆制造工艺中需要使用到高达100种电子气体,其中核心工段涉及电子特气的种类约为40-50种。电子特气贯穿晶圆制造的成膜、清洗、沉积、刻蚀、掺杂、离子注入等工艺流程,因此被称为晶圆的“粮食”。

 

俄乌战争引发全球稀有气体短缺,催化电子特气国产替代:全球约75%的氖气由半导体制造消耗,根据集邦资讯数据显示,乌克兰供应了全球70%的氖气、40%的氪气和30%的氙气,且乌克兰的氖气产量也占美国进口惰性气体的90%。俄乌战争爆发后,乌克兰气体供应商的生产和销售均遭到了很大影响,有的公司生产基地甚至成为了战争的核心战场,稀有气体紧缺。

 

据英国《金融时报》报道,对半导体制造过程至关重要的稀有气体的价格正在飙升,可用库存和供应已经证明不足以满足当前的需求水平,截至2022年7月,氖气、氪气、氙气价格较年初分别上涨了800%、126%以及108%。中国下游厂商对电子特气供应链安全越来越重视,预计对国产电子特气的审核认证方面将加快进度,电子特气的国产替代进度将有望加速。

 

03

电子特气产业链全景图

 

电子特气产业链上游为设备供应商,国产空分设备市占率较高,国产压力容器设备处于大而不强的状态;中游为电子特气制造商,市场主要由国际企业主导;下游对接半导体、液晶面板等。

欲查看完整高清版图表,请前往文末获取

 

04

产业链上游:空分设备

 

空分设备是国家重大装置之一,正向大型化、集群化、精细化、高度自动化/智能化等方向发展。空分设备是以空气为原料,通过压缩循环、深度冷冻的方法将空气变为液态,再经过精馏从中分离生产出氧气、氮气及氩气等工业气体的气体分离设备。空分设备主要由压缩系统、净化系统、制冷系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液体储存系统以及控制系统构成,被广泛应用于冶金、石化、新型煤化工、建材、航天与医疗等多个行业。随着现代科技高速发展,空分设备也朝着大型化、集群化、精细化、高度自动化/智能化等方向发展。

 

中国空分设备行业已实现高速发展,成套技术、核心部机均实现国产化突破,国产空分设备市占率不断提高,设备产量呈现增长态势:根据中国通用机械工业协会数据,中国气体分离及液化设备产量从2019年开始迅速增长,2021年已增长至14.85万台,同比增速为17.67%。

 

中国空分设备先后经历仿制、引进技术、自主研发三个阶段,现在处于成熟阶段,以杭氧、川空、开封空分为代表的本土企业已实现大型、特大型空分设备成套技术国产化,最大规格可达120,000m³/h等级。此外,国产化空分设备市占率不断提升,国产60,000m³/h等级及以下的空分设备市占率已达90%以上,制氧容量达世界首位。

 

05

产业链中游:电子特气企业

 

电子特气主要采用瓶装供气和储槽供气两种方式:根据金宏气体招股说明书,工业气体行业的经营模式可以分为零售供气和现场供气,而电子特气具备超高纯度的指标要求,且具有品类多、批量小、高频次的应用特点,因而采用瓶装供气和储槽供气模式是其主流销售模式。不同气体供应商之间的服务差异较大,一站式综合服务可以增加客户黏性,如额外提供容器检测、维修,供气系统的设计和安装等配套服务,从而构成了电子特气行业的客户壁垒。

 

电子特气是工业气体中赚钱能力最强的产品类型,龙头厂商的毛利率高达60%,盈利能力高于晶圆厂商:集成电路、液晶面板光伏行业的发展带动了电子特气的需求增长,此外,在晶圆制造中,电子特气的成本是除硅晶圆之外的最大原材料,占比约15%。

 

电子特气公司对上游原材料有较强的议价能力,且可通过分散供应商的方式来控制采购成本,一般来说,电子特气公司的平均毛利率约50%,法国液化空气的毛利率最高可超60%,一般的化工气体或大宗气体的毛利率约为20%-30%,可以说,电子特气是工业气体中赚钱能力最强的产品类型。此外,对比半导体产业链,晶圆厂的盈利能力最强,台积电毛利率高达53%,半导体设备的毛利率约40%左右,由此可知电子特气厂商盈利能力较强。

 

06

产业链下游:应用场景

 

电子特气下游需求集中于半导体、光伏等,中国半导体行业占电子特气需求比例有望提升:电子特气在半导体、显示面板、光伏(太阳能电池)、LED等下游领域有重要应用。根据Linx数据,2021年全球电子特气下游应用市场中半导体占比为73.1%,液晶显示板占比19.4%,化合物半导体/LED占比为4.4%,光伏占比为3.1%。




中国晶圆代工产业发展相对滞后,其电子特气需求结构与全球结构存在一定差距,根据亿渡数据,2021年中国半导体行业占电子特气下游需求比重为43%,液晶显示面板占比为21%,LED占比为13%,光伏占比为6%。




伴随全球半导体产业向中国转移,中国的电子特气需求结构将有望趋近全球市场结构,头豹研究院预计2025年中国半导体行业占电子特气需求比例有望提升至60%,液晶显示面板占比仍维持在19%-20%左右,半导体的高景气度将促进电子特气产业的发展。

 

07

电子特气市场规模

 

受电子工业的迅速发展,电子特气作为支撑性材料之一,其市场规模也在不断增长,但2023年受全球半导体增速放缓影响,市场规模将小幅收缩,预计2024年恢复增长态势:半导体和液晶显示面板是全球电子特气的主要应用场景,两者合计占据全球电子特气下游需求的90%。

 

近年来,集成电路、显示面板器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业迅速发展,电子特气作为支撑性材料之一,市场规模也在不断增长,根据TECHCET数据,2017年全球电子特气市场规模约为37.0亿美元,2020年增加至41.9亿美元,2022年进一步增长至68.0亿美元,2017-2022年CAGR为13.0%。进入2023年,由于整体半导体行业增速放缓,全球电子特气市场规模将小幅收缩,预计2024年将重新恢复增长,并将持续到2027年,2027年市场规模将有望增长至92亿美元,2022-2027CAGR为6.2%。

 

中国电子特气市场规模保持较高增长态势:随着中国高新技术的快速发展,计算机工业对大规模集成电路、液晶显示器的需求大量增加,且光伏太阳能电池呈高速增长态势,中国电气特气的需求量也大幅增长,根据中国半导体行业协会数据,2014-2022年,电子特气市场从74.5亿元增长至220亿元以上,CAGR为14.5%,预计2027年市场规模将增长至近400亿元,增速远高于全球。

欲查看完整高清版图表,请前往文末获取

 

08

电子特气竞争格局(中国视野)

 

中国特种气体市场主要依赖进口,海外大型气体公司在该市场中占据了85%以上的市场份额。尽管一些中国气体公司在电光源气体、激光气体、消毒气等领域取得了迅速发展,但相较于国外气体公司,其供应产品种类较窄,纯度级别也不高。特别是在高端领域,如集成电路、液晶面板、LED、光纤通信、光伏等领域,中国能够批量生产的特种气体品种仅占约20%,其余需要进口。此外,在集成电路生产中,中国只有有限的特种气体品种取得了重大突破,而掺杂、沉积等工艺的特种气体产品国内生产仍有待提高。

 

因此,安全、自主可控仍是国产特种气体替代进口的主题和方向。头豹研究院选取8家中国电子特气企业,并从各企业的电子特气营业收入和营业利润对其进行分析,可以看出,南大光电在这两个指标表现较好,作为中国较早进入电子特气领域的企业之一,南大光电在硅芯片及新材料产业链上有一定地位,拥有比较完整的产品线和销售网络。

 

此外,我们还在报告中完整分析了电子特气行业发展历程、政策因素、完整产业链上中下游、全球及中国市场竞争格局、代表企业:南大光电、华特气体、金宏气体等,可扫描下方二维码获取阅读完整版报告。

 

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