2017-半导体材料系列报告：半导体概述_23页-3mb

港股TMT策略报告：半导体材料概述

核心内容

本报告聚焦于半导体材料的基本特性、产业链结构及行业风险提示，旨在为投资者提供对半导体行业的深入理解与投资参考。报告内容涵盖半导体的物理特性、产业链上下游的构成及主要环节，以及当前市场的主要风险因素。

主要观点

1. 半导体的物理特性

• 掺杂特性：半导体材料通过掺杂III族和V族元素，形成N型（电子导电）和P型（空穴导电）半导体，从而实现PN结的构建，为制造二极管、三极管、MOSFET等器件提供基础。
• 光电特性：PN结具备光生电和电生光的特性。光生电用于制造光探测器、太阳能电池等；电生光用于制造LED、激光二极管等，广泛应用于照明、光通讯、3D传感等领域。
• 直接带隙半导体：如GaAs、GaN等，能够实现电生光，而硅属于间接带隙半导体，只能用于制造整流、开关器件。

2. 半导体产业链结构

• 上游：包括半导体材料和设备，其中材料涵盖晶圆、微细加工材料和封装材料；设备包括晶圆生产设备、芯片加工设备和封测设备。
• 中游：分为设计、制造、封测三大环节。设计是将逻辑功能转化为物理版图的过程；制造是晶圆代工环节；封测是芯片封装与测试。
• 下游：主要为半导体产品，包括集成电路、分立器件、光电子器件、传感器等。其中，集成电路占市场主导地位（2016年占比达82%）。

3. 产业链各环节分析

上游：半导体材料与设备

• 材料分类：第一代（硅）、第二代（砷化镓）、第三代（氮化镓、碳化硅）。
• 材料特点：
  • 硅：工艺成熟，成本低，但光电性能较弱。
  • 砷化镓：适用于红外、射频器件，带隙类型为直接带隙。
  • 氮化镓与碳化硅：适用于高功率、高频率器件，但工艺成熟度低，成本高。
• 日本主导市场：在半导体材料供应方面，日本占据65%以上的市场份额，尤其在湿化学品、光刻胶、掩膜版等领域表现突出。
• 半导体设备：全球市场由欧美日主导，ASML为EUV光刻机唯一供应商，设备技术壁垒高，价格昂贵。

中游：设计、制造、封测

• 设计流程：包括规格定制、逻辑设计、仿真验证、布局与布线、光罩制作等。
• 制造工艺：主要包括光刻、刻蚀、掺杂、氧化、薄膜沉积、平坦化等，其中光刻技术对芯片最小尺寸起决定性作用。
• 封测技术：包括晶圆划片、引线键合、封装保护、可靠性测试等。
• 商业模式：
  • IDM模式：设计、制造、封测一体化，代表企业为Intel、Samsung等。
  • 垂直分工模式：设计、制造、封测由不同企业完成，代表企业包括Fabless（高通、联发科）、Foundry（台积电）、Assembly & Test（日月光）。

下游：半导体产品分类

• 集成电路：分为数字IC（逻辑电路、微处理器、存储器）和模拟IC，应用广泛，占市场主导。
• 分立器件：包括二极管、三极管、IGBT等，虽然体积较大，但在大功率、高可靠性场景中仍有优势。
• 光电子器件：包括LED、LD、PLC芯片、雪崩二极管等，用于光通讯系统。
• 半导体传感器：以MEMS传感器为主，包括陀螺仪、加速度计、麦克风等，广泛应用于消费电子、汽车电子、军用设备等领域。

关键信息

• 半导体材料：分为三代，硅材料技术成熟，但第三代材料在特定领域更具优势。
• 湿化学品标准：随着制程缩小，对湿化学品的要求不断提高，达到Grade 4级别才能满足纳米级IC制造。
• EUV光刻机：由ASML独家生产，成本高，技术壁垒极高，是当前半导体制造的核心设备之一。
• 市场占比：2016年全球半导体销售额中，IDM模式占比约20%，垂直分工模式占比约80%。
• 技术发展：晶体管尺寸不断缩小，2017年已达到10nm制程，未来可能进一步缩小至4nm以下。
• 市场趋势：随着摩尔定律放缓，技术进步速度逐渐减缓，但半导体在消费电子、汽车电子、光通讯、传感器等领域持续发展。

风险提示

1. 行业景气度不及预期：全球半导体市场需求波动可能影响企业盈利能力。
2. 国产化瓶颈：在关键材料与设备领域，国产替代仍面临技术与成本双重挑战。
3. 人民币汇率波动：可能对出口导向型企业的利润造成影响。
4. 下游销量不及预期：消费电子、汽车电子等下游需求变化可能影响半导体市场整体表现。

行业评级

• 整体评级：买入
• 投资逻辑：半导体行业作为信息技术的核心基础，具备长期增长潜力，尤其在国产化与新兴技术应用方面前景广阔。

分析师信息

• 惠毓伦：S0260511010003，广发证券发展研究中心总经理助理，具有32年半导体、光电、集成电路相关经验。
• 张晓飞：研究助理，负责相关研究支持工作。

图表与数据来源

• 图表内容涵盖半导体电导率区间、掺杂示意图、光刻工艺、设备市场结构、行业营收数据等。
• 数据来源包括《微电子电路基础》、SEMI、ICinsights、WSTS、广发证券发展研究中心等。

总结

本报告系统性地介绍了半导体材料的物理特性、产业链结构及主要商业模式，强调了半导体在现代电子技术中的核心地位。同时，报告指出当前行业面临的主要风险，并对半导体未来发展趋势进行了展望，认为其在国产化和高端应用领域具有较大发展空间。