为什么硅是主要半导体材料,常用半导体材料为何选择硅

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-02-13 16:19:19

2018年光伏硅片的供需情况

硅业分会认为2018年国内多晶硅产能扩张将达到新的高点,新增产能约12-13万吨/年,达到40万吨/年,同比大幅增长45%,但是绝大部分产能可能要到下半年才会释放。因此预计2018年国内产量大约在26-28万吨,进口量将维持在13-15万吨左右,故2018年国内总供应量约39-43万吨。

需求方面,硅业分会预计2018年全球装机量可能呈现低速增长。其中,国内光伏装机容量在经历历史高点后将于2018年可能略有缩减,预计2018年全球100-110GW、国内50-55GW的装机量,硅片电池片等将进入重建库存阶段,预计2018年国内硅片产量在90-100GW,多晶硅消耗量在36-40万吨。预计2018全年基本上供需平衡,特别是上半年,而下半年出现供大于求的失衡状态。但从产品线来看会出现分化,单晶硅或紧张,产品价格出现明显差距。

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光伏的技术路线开始转变,单晶硅比例提高;硅片成本下降,平价上网正在加速实现。在光伏产业的主要制造环节中,上游的多晶硅、硅片毛利率仍处于较高水平,因此多晶硅和硅片的国产化水平需快速提高。从对重点公司的毛利率统计来看,光伏产业链上游的多晶硅料、硅片环节,平均毛利率在40~50%左右,中下游的电池片、组件的平均毛利率在8~15%左右。

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过去光伏多使用多晶硅片,因为多晶硅片的价格比单晶硅片的价格更具有优势,不过从转换效率上来看,常规多晶量产转换效率在18.8%,而常规单晶效率在20-20.2%。单晶环节可以通过提高拉速、连续投料等技术提高单位产出降低单位成本,多晶则由于金刚线切片需在电池片环节解决制绒问题,目前尚未完全应用。

根据中国电子信息产业发展研究院预测,2025年单晶硅片的市场份额将达到50%。2015年以来,单晶由于硅片端金刚线切片的导入实现了成本的快速下降,因而市场渗透率在不断攀升,2016年光伏单晶渗透率27%,2017上半年光伏单晶渗透率就达到了35%。2017 年,单晶硅片的产销率基本为100%。

从需求与供给来看,2017 年单晶硅片需求为35 亿片,而2017年单晶硅片产能为36亿片。单晶硅片产品抢手,尚未完全摆脱供不应求的局面。但单晶硅片产能扩张迅猛,2018年底,单晶硅片产能达64.6-68.6 亿片,产能将不再是限制单晶硅片发展的因素。单晶硅片与多晶硅片的竞争以及单晶硅片产商之间的竞争将会加剧,单晶硅片的高毛利率将难以维持。但与此同时,拥有技术优势和成本优势的企业将会在竞争中处于主动地位。

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三、半导体行业中的硅

3.1半导体行业的历史和现状

半导体是许多工业整机设备的核心,普遍应用于计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等核心领域。半导体主要由四个组成部分组成:集成电路(约占81%),光电器件(约占10%),分立器件(约占6%),传感器(约占3%),因此通常将半导体和集成电路等价。

美国是半导体芯片的发源地,最初通过硅谷平台,开发出电脑等跨时代的产品,借由终端产品的创新,带动半导体的需求成长。待到技术基本稳后,开始主动将生产线外搬,采用委外代工的模式将资本密集和劳动密集的环节转移出去,而核心技术和盈利最强的环节—— IC 设计和半导体设备领域则保留在国内。

历史上半导体产业的转移发了两次。第一次发生在20世纪70年代,半导体产业从美国转移到了日本。这一阶段日本半导体崛起,造就了富士通、日立、东芝、NEC 等世界顶级的集成电路制造商。第二次发生在20世纪80年代中后期,以韩国、台湾为集成电路产业的主力军,这一时期半导体生产巨头三星、台积电等企业诞生。

在半导体的转移和发展过程中,全球半导体的主要参与者美国、日本、韩国和中国的台湾,每一个国家的发展模式都不相同。

美国因为先发优势,掌握着优秀的技术,把控着全球半导体产业链中附加值最高的环节,在每个时代都产生了全球最顶尖的半导体公司:如军工时代的德州仪器、PC时代的英特尔和智能手机时代的高通。

日本是直接受益于美国半导体行业转移的国家,看准了行业周期的轮动,是很强的后发崛起模式。日本半导体产业发展的黄金时期是1980 年-1990年,凭借对DRAM的大力发展,日本半导体产业快速壮大。从1980至1986年期间,美国的半导体市场从61%下降到43%,而日本由26%上升至44%。日本半导体公司一直采用着IDM模式,但进入20世纪90年代后,Fabless Foundry模式成为了半导体产业的主流生产模式。同时,这一时期日本产业地位开始下滑,但仍在半导体材料、生产设备领域占据领先地位。

韩国模式最显著的特点是抓住利基市场、集国家力量充分发挥竞争力。韩国在日本衰退时期,抓住机遇,由大财团、大企业主导,优点在于集中力量办大事,打造出知名品牌。但资本过于集中于存储器,韩国半导体产值80%以上来自存储型半导体,非存储型半导的国产化率只有20%左右,这导致产品结构单一,抗风险能力弱。

台湾半导体工业的发展起始60年代后期, 开始主要从事简单集成电路封装业务。70年代中期,台湾引进美国技术生产集成电路, 使台湾半导体产业进入一个新阶段; 此后, 台湾半导体厂商纷纷成立,产业规模迅速扩大。进入90 年代后, 台湾半导体工业在集成电路工业的带动下进入高速增长期。这一时期,台积电及联华电子为代表的台厂开创晶圆代工模式,成为美国乃至全球半导体产业链不可或缺的一个环节。台湾模式实现产业链利益重配,从全球的半导体市场中分一杯羹,并培育出实力不容小觑的代工厂、封测厂和设计商,形成独特竞争力。

3.2全球半导体行业迎来景气周期

全球半导体行业市场呈周期性波动,2017年开始进入新一轮行业景气周期。第一轮周期在1998年,因手机的普及和互联网的兴起全球半导体行业走势不断上升。然而在2001年由于互联网投机泡沫破灭导致半导体行业迅速下滑32%,整个科技行业陷入低谷。直至2002年微软公司推出了Windows XP系统,赢得广泛的市场且电脑换机率大幅提升,全球半导体行业迎来新的上升周期。

2008年由于金融危机半导体行业收到重挫。而后又因2013年智能手机的迅猛发展收到提振,这一轮周期持续约两年,而后半导体行业回落。直至2017年,人工智能的火热、5G芯片的推出、汽车电子的需求、物联网的兴起给全球半导体行业注入新的生命力,半导体市场逐渐回暖,进入新一轮景气周期,并且本轮半导体周期有望超越上一轮智能手机周期,景气度持续力度及时间都将超过以往。

截止2017年11月,半导体销售额已连续14个月超过300亿美元,不断刷新历史记录。2017年1-11月全球半导体销售总额已经达到3671亿美元,同比增21%。SEMI认为全年销售额突破4000亿美元大关基本没有悬念,到2019年则有望达到5000亿美元。

3.3半导体硅片的技术壁垒和发展趋势

半导体硅片生产对于纯净度、加工精度有极高的要求,行业具有很高的技术和资金壁垒。半导体硅片必须进行高度提纯,在得到高纯度的多晶硅后,还要在单晶炉中熔炼成单晶硅,以后切片后供集成电路制造等用。

目前,半导体硅片的生产企业垄断程度较高,全球的半导体硅片生产几乎集中在五家企业,分别是日本信越半导体、日本胜高科技、台湾环球晶圆、德国Siltronic和韩国LGSiltron/SK Group,合计占到全球半导体硅片产量的92%。尤其是在技术壁垒更高的大尺寸硅片制造上,五家企业合计占到全球产量的近98%。

目前硅片供应商主要以日系为主,信越化学(Shin-Etsu)和三菱住友(Sumco)两家的合计市占率接近60%,寡头垄断特征明显。不过,市场格局有所改变,2016年环球晶圆6.83亿美元收购了SunEdision,两家合计市占率将达15.5%,也使环球晶圆成为全球第三大半导体硅片供应商;另外是SKGroup收购了LG Siltron。总体来说,寡头垄断的趋势在2017年稍有缓解,且我们预计未来垄断的局面会渐渐化解。

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