2010-2015年中国IC(半导体)行业研究报告.doc

【报告前言】
在半导体产业的发展中,一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化锢、磷化镓、砷化锢、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料;而将宽禁带(Eg>)的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料。上述材料是目前主要应用的半导体材料,三代半导体材料代表品种分别为硅、砷化镓和氮化镓。材料的物理性质是产品应用的基础,下表列出了主要半导体材料的物理性质及应用情况。表中禁带宽度决定发射光的波长,禁带宽度越大发射光波长越短(蓝光发射);禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高,半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能,饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。
硅材料具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点,处在成熟的发展阶段。目前,硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料,95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路(IC)是用硅材料制作的。在21世纪,它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。
砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多,其器件具有硅器件所不具有的高频、高速和光电性能,并可在同一芯片同时处理光电信号,被公认是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展,砷化镓成为继硅之后发展最快、应用最广、产量最大的半导体材料。同时,其在军事电子系统中的应用日益广泛,并占据不可取代的重要地位。选择宽带隙半导体材料的主要理由是显而易见的。氮化镓的热导率明显高于常规半导体。这一属性在高功率放大器和激光器中是很起作用的。带隙大小本身是热生率的主要贡献者。在任意给定的温度下,宽带隙材料的热生率比常规半导体的小10~14个数量级。这一特性在电荷耦合器件、新型非易失性高速存储器中起很大的作用,并能实质性地减小光探测器的暗电流。宽带隙半导体材料的高介电强度最适合用于高功率放大器、开关和二极管。宽带隙材料的相对介电常数比常规材料的要小,由于对寄生参数影响小,这对毫米波放大器而言是有利用价值的。电荷载流子输运特性是许多器件尤其是工作频率为微波、毫米波放大器的一个重要特性。宽带隙半导体材料的电子迁移率一般没有多数通用半导体的高,其空穴迁移率一般较高,金刚石则很高。宽带隙材料的高电场电子速度(饱和速度)一般较常规半导体高得多,这就使得宽带隙材料成为毫米波放大器的首选者。
氮化镓材料的禁带宽度为硅材料的3倍多,其器件在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面具有远比硅器件和砷化镓器件更为优良的特性,可制成蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件。近年来取得了很大进展,并开始进入市场。与制造技术非常成熟和制造成本相对较低的硅半导体材料相比,第三代半导体材料目前面临的最主要挑战是发展适合氮化镓薄膜生长的低成本衬底材料和大尺寸的氮化镓体单晶生长工艺。
主要半导体材料的用途如下表所示。可以预见:以硅材料为主体、GaAs半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为集成电路及半导体器件产业发展的主流。
表半导体材料的主要用途
材料名称
制作器件
主要用途
硅
二极管、晶体管
通讯、雷达、广播、电视、自动控制
集成电路
各种计算机、通讯、广播、自动控制、电子钟表、仪表
整流器
整流
晶闸管
整流、直流输配电、电气机车、设备自控、高频振荡器
射线探测器
原子能分析、光量子检测
太阳能电池
太阳能发电
砷化镓
各种微波管
雷达、微波通讯、电视、移动通讯
激光管
光纤通讯
红外发光管
小功率红外光源
霍尔元件
磁场控制
激光调制器
激光通讯
高速集成电路
高速计算机、移动通讯
太阳能电池
太阳能发电
氮化镓
激光器件
光学存储、激光打印机、医疗、军事应用
发光二极管
信号灯、视频显示、微型灯泡、移动电话
紫外探测器
分析仪器、火焰检测、臭氧监测
集成电路
通讯基站(功放器件)、永远性内存、电子开关、导弹
资料提供:金安明邦调研中心
2009年只有LED和NAND闪存这两个主要半导体产品领域逃脱下滑的命运。由于手机等移动产品的需求上升,NAND闪存市场在2009年增长了15%。LED在多种应用中的占有率快速上升,尤其是液晶电视背光应用,导致LED营业收入增长5%以上。这让专注于这些产品的韩国厂商受益非浅。主要NAND闪存供应商三星电子和海力士半导体,是2009年全球10大芯片厂商中唯一两家实现增长的厂商。同时,LED厂商首尔半导体的2009年营业收入大增近90%。2009年,%。iSuppli公司追踪的全部韩国半导体供应商中,有四分之三以上在2009年实现了营业收入增长。同样的产品和需求趋势也让台湾厂商在2