半导体材料系列报告之一_半导体概述_21页_3mb

港股TMT策略报告 - 半导体材料系列报告之一：半导体概述

核心内容

本报告主要介绍了半导体的基本性质、产业链结构及其主要环节，包括上游材料与设备、中游设计、制造与封测、下游产品应用。此外，还对半导体的掺杂机制、光电特性、主要产品类型以及当前行业的发展模式进行了详细阐述。

主要观点

• 半导体特性：半导体具有独特的掺杂和光电特性，使其能够实现多种电子与光电子器件。
• 掺杂机制：通过掺杂III族和V族元素，可形成N型和P型半导体，进而构建PN结，这是半导体器件的核心结构。
• 光电特性：PN结能够实现光生电和电生光，分别应用于光探测、太阳能电池和半导体光源。
• 产业链结构：半导体产业链分为上游（材料和设备）、中游（设计、制造、封测）、下游（应用产品）三大环节。
• 产业模式：半导体行业存在两种主要商业模式：IDM（集成器件制造）和垂直分工（Fabless、Foundry、Assembly & Test）。
• 下游产品：半导体产品主要包括集成电路、分立器件、光电子器件和传感器，其中集成电路占主导地位。

关键信息

半导体材料与设备

• 上游材料：包括晶圆（衬底）、微细加工材料和封装材料。
  • 晶圆材料分为三代：硅（第一代）、砷化镓（第二代）、氮化镓和碳化硅（第三代）。
  • 第一代半导体材料发展成熟，应用广泛；第三代材料成本高，但具有在蓝紫光波段、高性能射频和功率领域的优势。
• 上游设备：包括晶圆生产设备、芯片加工设备和封测设备。
  • 光刻机是关键设备之一，ASML公司生产的EUV光刻机技术壁垒高，价格昂贵，是目前最先进的光刻设备。
  • 全球半导体设备市场由欧美日企业主导，2016年全球销售额达412.4亿美元。

中游生产环节

• 设计：将逻辑功能转化为物理版图，涉及多个步骤，如规格定制、仿真验证等。
• 制造：即晶圆代工，主要工艺包括图形化、掺杂、氧化、薄膜、平坦化等。
• 封测：对芯片进行封装和测试，形成最终产品，包括引线键合、封装树脂、可靠性测试等。
• 产业模式：
  • IDM模式：由同一企业完成设计、制造和封测，如Intel、Samsung。
  • 垂直分工模式：设计、制造、封测分别由Fabless、Foundry和Assembly & Test企业完成，代表企业如台积电、高通、日月光等。

下游产品

• 集成电路：占比最大，占2016年全球半导体市场82%，包括数字IC（逻辑电路、微处理器、存储器）和模拟IC。
• 分立器件：包括二极管、三极管、IGBT等，用于特定场景如高功率应用。
• 光电子器件：用于光通讯系统，如LED、LD、PLC芯片等。
• 传感器：特别是MEMS传感器，如陀螺仪、加速度计、麦克风等，广泛应用于消费电子、汽车、军工等领域。

市场数据

• 2016年全球半导体市场中，集成电路占比82%，光电子器件9%，分立器件6%，传感器3%。
• 日本在全球半导体材料市场中占据主导地位，市场份额超过65%。
• 台积电是全球最大的Foundry企业，2016年市场份额达70%。
• 全球前十大半导体设备制造商中，应用材料、ASML、东京电子、泛林占据主要份额。

风险提示

• 半导体行业景气度回升不及预期。
• 国产化进程中的技术瓶颈难以突破。
• 下游行业销量不及预期。
• 人民币汇率大幅波动可能影响出口企业利润。

图表与数据来源

• 图1：半导体的电导率区间
• 图2：半导体元素和掺杂元素在元素周期表中的位置
• 图3：N型和P型掺杂分别为半导体提供了电子和空穴
• 图4：PN结示意图
• 图5：MOSFET掺杂示意图
• 图6：太阳能电池受到光照后在PN结处产生电子和空穴
• 图7：LED作为景观照明
• 图8：半导体产业链
• 图9：2016年全球半导体设备市场结构
• 图10：ASML公司生产的EUV光刻机
• 图11：2016年全球前十大半导体设备制造商
• 图12：集成电路设计流程
• 图13：晶圆代工中用到的半导体工艺
• 图14：摩尔定律第一次被提出
• 图15：苹果A11处理器芯片（10nm制程）
• 图16：华为Kirin970处理器芯片（10nm制程）
• 图17：21世纪Intel的半导体制程发展
• 图18：栅长仅4nm的晶体管电镜照片
• 图19：半导体封装主要流程
• 图20：2016年IDM和垂直分工模式占全球半导体销售额比例
• 图21：不同类型半导体企业产能分布情况
• 图22：半导体市场产品划分及其占比状况（2016年）
• 图23：集成电路的四个子类
• 图24：2016年集成电路下游应用领域占比情况
• 图25：典型的几种分立器件
• 图26：光通讯系统的基本组成结构
• 图27：几种典型的MEMS传感器
• 图28：MEMS陀螺仪的电镜照片
• 图29：市场上最小的三轴MEMS陀螺仪
• 图30：MEMS麦克风工作原理图
• 图31：MEMS麦克风结构示意图

表格数据

• 表1：三代半导体晶圆材料的对比
• 表2：湿化学品的SEMI国际标准
• 表3：2014年全球半导体材料日本所占份额情况
• 表4：2016年全球十大IDM、Fabless、Foundry、Assembly & Test企业排名

行业评级与分析师信息

• 行业评级：买入
• 前次评级：买入
• 报告日期：2017-12-11
• 分析师：惠毓伦，S0260511010003
• 联系方式：010-59136726, hyl6@gf.com.cn

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• 联系人：张晓飞，010-59136696, zhangxiaofei@gf.com.cn