砷化鎵、磷化銦襯底，通美晶體加碼第二代半導體

艾新德魯夫執行院長(cháng) 曹幻實(shí)（左） 北京通美晶體技術(shù)股份有限公司技術(shù)中心總監 任殿勝（右）

·改革開(kāi)放后第一家！瞄準第二代半導體材料

·手機中的基石——砷化鎵特性如何？

·國內市場(chǎng)如火如荼，下一個(gè)黑馬又是誰(shuí)？

·優(yōu)先布局原材料，通美晶體的戰略眼光

芯片揭秘 | 砷化鎵、磷化銦襯底，通美晶體加碼第二代半導體

改革開(kāi)放后第一家！瞄準第二代半導體材料

幻實(shí)（主播）：

本期我們邀請到北京通美晶體技術(shù)股份有限公司的任殿勝博士做客芯片揭秘，任博士在公司主要負責技術(shù)方向工作。

任殿勝（嘉賓）：

大家好，我叫任殿勝。

幻實(shí)（主播）：

大家對通美晶體可能相對陌生，先請您介紹一下。

任殿勝（嘉賓）：

我們公司生產(chǎn)以砷化鎵和磷化銦為主的第二代化合物半導體，也是全球主要的供應商之一。

幻實(shí)（主播）：

通美主營(yíng)半導體材料還是器件，還是兩者都涉及？

任殿勝（嘉賓）：

我們是做晶圓襯底。從單晶生長(cháng)開(kāi)始到最后的晶片。

幻實(shí)（主播）：

聽(tīng)說(shuō)你們在這個(gè)賽道做到了全球第一，是如何衡量的？

任殿勝（嘉賓）：

就出貨量和市占率而言，我們單個(gè)產(chǎn)品都能達到全球前三。

GaAs產(chǎn)業(yè)鏈（圖源：穩懋）

幻實(shí)（主播）：

除了砷化鎵和磷化銦這兩種主要材料，你們公司是否會(huì )涉及一些其他材料？

任殿勝（嘉賓）：

除了這些以外，我們還有應用于航天領(lǐng)域、太陽(yáng)能領(lǐng)域的鍺單晶材料，我們在中國航天領(lǐng)域擁有大概百分之八九十的市場(chǎng)。

GaAs當前主要應用市場(chǎng)（圖源：Yole）

幻實(shí)（主播）：

化合物半導體現在是非?；鸨馁惖?，您是哪一年進(jìn)入賽道的？

任殿勝（嘉賓）：

我在1990年加入了中國電子科技集團第四十研究所，接觸了半導體材料；2005年我加入通美晶體從事半導體材料的技術(shù)開(kāi)發(fā)。

幻實(shí)（主播）：

很多材料公司尤其是歐美大廠(chǎng)會(huì )將很多生產(chǎn)環(huán)節設立在海外。但是你們很早就把生產(chǎn)環(huán)節放在中國大陸，是有什么樣的原因？

任殿勝（嘉賓）：

是的，我們的創(chuàng )始人是一名華人，他在美國成立了這家公司。他擁有很深的中國情節，就把工廠(chǎng)搬到了中國，并且公司也成為了改革開(kāi)放以后第一批北京通州的外資企業(yè)。

手機中的基石——砷化鎵特性如何？

幻實(shí)（主播）：

請任總給我們科普一下砷化鎵和磷化銦這兩種材料的特殊性體現在何處？

任殿勝（嘉賓）：

首先，砷化鎵材料禁帶寬度比較寬，比硅要寬；另外它是直接躍遷。直接躍遷就是光電轉換效率較高，舉個(gè)例子，我們第一代硅不能直接發(fā)光，但是砷化鎵和磷化銦可以直接發(fā)光。像現在的LED類(lèi)顯示屏，紅光、黃光都是砷化鎵材料制的；紅綠燈標識等，這些都是砷化鎵材料做的。

半導體參數及對應性能（圖源：賽米諾 ）

其次，砷化鎵材料的微波功率器件與硅比，頻率高，傳輸速度快，普遍用于手機信號的接收與發(fā)送。目前4G手機里有7顆砷化鎵芯片，將來(lái)5G手機里會(huì )有14顆左右的砷化鎵芯片，以后會(huì )越來(lái)越多，它的應用非常廣。另外，砷化鎵也可應用于太陽(yáng)能領(lǐng)域，它能吸收更多光譜，光電轉換效率非常高。

磷化銦比砷化鎵傳輸速度更快，它的特殊性體現在目前的5G領(lǐng)域，主要用于光通訊領(lǐng)域，例如在大數據的傳輸過(guò)程中，磷化銦材料可用于接收或****，同時(shí)這兩種材料在人工智能領(lǐng)域都是比較重要的。

幻實(shí)（主播）：

目前我們的砷化鎵襯底能做到幾英寸，用什么來(lái)衡量材料的好與壞？

任殿勝（嘉賓）：

就全球應用領(lǐng)域而言，我們現在從1英寸到8英寸的砷化鎵襯底都有。我們現在剛剛小批量供貨8英寸，同時(shí)我們也是全球第一家能批量供貨的公司；而磷化銦襯底最大是6英寸。

這兩種材料晶體非常難長(cháng)，尤其磷化銦含有磷，磷的分解壓比較大，在40多個(gè)大氣壓要求下才能生長(cháng)。

幻實(shí)（主播）：

生長(cháng)環(huán)境的搭建也很復雜。

任殿勝（嘉賓）：

是的，爐子結構也比較復雜，在溫度控制、程度控制以及整個(gè)梯度控制上都比較復雜。

InP晶圓市場(chǎng)預測（圖源：Yole）

幻實(shí)（主播）：

除了剛剛說(shuō)的尺寸，還有什么決定了材料的好壞？

任殿勝（嘉賓）：

晶圓的整個(gè)評價(jià)體系有幾個(gè)：一是幾何參數，即晶圓的大小平整度，要求晶圓表面要達到幾微米甚至幾納米的誤差，平整度要求非常嚴格；二是潔凈度，即晶圓里面的雜質(zhì)、元素含量或者顆粒要求非常潔凈，我們的加工條件是十級的潔凈環(huán)境；最后是電性能，也是最重要的評價(jià)參數。

幻實(shí)（主播）：

我們知道半導體器件通常會(huì )有良率、可靠性這樣的指標，在襯底材料上也會(huì )有這樣的要求嗎？

任殿勝（嘉賓）：

有，實(shí)際上良率決定成本，我們公司對此有嚴格要求。如果加工過(guò)程不好，就達不到客戶(hù)的規格要求，公司也會(huì )有損失，甚至如果你出貨給客戶(hù)，客戶(hù)損失更大。所以對于我們來(lái)說(shuō)良率也是很重要的。

幻實(shí)（主播）：

可靠性呢？

任殿勝（嘉賓）：

因為我們所有器件的加工是在襯底基礎上進(jìn)行的，所以我們產(chǎn)品的可靠性對器件有決定性的影響。

國內市場(chǎng)如火如荼，下一個(gè)黑馬又是誰(shuí)？

幻實(shí)（主播）：

這兩年由于缺芯潮，很多公司都供不應求，業(yè)績(jì)特別好。你們公司是否受益于市場(chǎng)需求擴增的影響？

任殿勝（嘉賓）：

我想現在所謂的缺芯片大部分指的是硅基的芯片，當然我們III-V族的芯片相對而言也不是很寬裕，市場(chǎng)行情不錯，目前訂單也很多，當然，沒(méi)有硅那么緊缺。我們幾乎是以百分之八九十的負荷在生產(chǎn)。

幻實(shí)（主播）：

雖然市場(chǎng)還沒(méi)達到像硅那么瘋狂，但是發(fā)展也很不錯?，F在很多下游的公司也在開(kāi)始努力尋找III-V族的器件應用市場(chǎng)方向。

任殿勝（嘉賓）：

是的，我們現在也準備在國內上市，通過(guò)融資擴大產(chǎn)能，也在各個(gè)地方找新的廠(chǎng)址，為擴建做準備。

中國砷化鎵器件市場(chǎng)規模預測(億元) （圖源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

幻實(shí)（主播）：

你們服務(wù)的客戶(hù)國內的多還是國外的多，占比如何？

任殿勝（嘉賓）：

百分之八九十是國外的客戶(hù)，他們的產(chǎn)品偏向高端應用領(lǐng)域，像博通、Qorvo這些公司都是做射頻高端芯片。

幻實(shí)（主播）：

中國在這個(gè)領(lǐng)域還在繼續努力，紫光這些公司還在成長(cháng)。

任殿勝（嘉賓）：

國內企業(yè)也在大力發(fā)展，相對來(lái)說(shuō)國內占比會(huì )少一些。

幻實(shí)（主播）：

你們把供應鏈搬到中國，會(huì )影響國外的客戶(hù)嗎？

任殿勝（嘉賓）：

國外客戶(hù)有擔心，我們公司只是提供襯底，襯底材料暫時(shí)沒(méi)有知識產(chǎn)權的結構，現在也不受美國影響。

幻實(shí)（主播）：

你們在這個(gè)領(lǐng)域競爭對手多嗎？類(lèi)似級別的公司之間差距大不大？

任殿勝（嘉賓）：

目前在這個(gè)領(lǐng)域，全球有三家最大的公司，包括日本一家公司、德國一家公司以及我們公司，前兩個(gè)規模跟我們差不多大。最近幾年國內起來(lái)的企業(yè)有10多家，實(shí)際上這些公司的團隊很多都是我們公司離開(kāi)的人（出去的），可以說(shuō)我們是中國半導體行業(yè)在這個(gè)領(lǐng)域的黃埔軍校。

幻實(shí)（主播）：

在這個(gè)領(lǐng)域，中國的企業(yè)發(fā)展水平如何？

任殿勝（嘉賓）：

近幾年有幾家公司發(fā)展非?？?，尤其像廣東先導、云南鍺業(yè)、中科晶電這些企業(yè)，他們在LED領(lǐng)域光電器件材料方面市占比非常高，他們的發(fā)展也令我們很驚艷。

幻實(shí)（主播）：

LED板塊相對容易突破嗎？

任殿勝（嘉賓）：

對，這塊的要求低一些。射頻類(lèi)的對技術(shù)要求高一些。

全球 GaAs 射頻器件市場(chǎng)競爭格局 （圖源：Strategy Analysis）

幻實(shí)（主播）：

企業(yè)必須具有很穩定的表現成果，才能被像高通等國際大廠(chǎng)接受。在這個(gè)領(lǐng)域你們對未來(lái)的預判是什么？您覺(jué)得這個(gè)技術(shù)路線(xiàn)未來(lái)會(huì )往什么方向走？

任殿勝（嘉賓）：

從目前砷化鎵的應用——光電和微波射頻器件這兩個(gè)領(lǐng)域來(lái)看，它在射頻領(lǐng)域有新的應用，包括手機、WiFi6、WiFi7等。目前的WiFi6、WiFi7頻率更高，它對砷化鎵的需求也會(huì )不斷增加。

2019-2025 年射頻 GaAs 裸片市場(chǎng)空間(億美元) （圖源：Yole）

幻實(shí)（主播）：

主要看它對頻率這些指標的要求是否超過(guò)硅。

任殿勝（嘉賓）：

是的。另外在光電顯示領(lǐng)域，蘋(píng)果推出了Micro LED、Mini LED。LED目前來(lái)說(shuō)是三原色，如果是選擇紅藍綠三個(gè)顏色組成的光點(diǎn)的話(huà)，砷化鎵材料的需求量就非常大。

優(yōu)先布局原材料，通美晶體的戰略眼光

幻實(shí)（主播）：

我經(jīng)常聽(tīng)到產(chǎn)業(yè)人一提到III-V族，第一感覺(jué)就是貴，您覺(jué)得這個(gè)材料會(huì )便宜嗎？

任殿勝（嘉賓）：

實(shí)際上我是2005年加入美國的公司并接觸這個(gè)行業(yè)的，當時(shí)我們6英寸砷化鎵襯底是250美金一片，現在大概小于100美金。

幻實(shí)（主播）：

10年間降了50%以上。

任殿勝（嘉賓）：

對，它已經(jīng)越來(lái)越便宜了。

幻實(shí)（主播）：

進(jìn)入尋常百姓家。您也說(shuō)過(guò)4G手機上面已經(jīng)有7顆砷化鎵芯片了。

任殿勝（嘉賓）：

它貴的原因主要是原材料，像鎵、銦等稀有金屬是受?chē)铱刂频?，砷是有毒有害的?/span>

幻實(shí)（主播）：

如果想像靶材那樣擴大規模，是否需要對金屬礦進(jìn)行控制？近兩年鋰電把鋰礦炒得極其熱，III-V族材料是否也會(huì )對稀有金屬礦帶來(lái)一波剛需？

任殿勝（嘉賓）：

現在整個(gè)礦產(chǎn)行業(yè)的漲價(jià)潮還是挺明顯的，包括我們也一樣，但是我們在進(jìn)入中國市場(chǎng)的時(shí)候，我們的合資公司就已經(jīng)布局原材料了。

幻實(shí)（主播）：

你們很早就開(kāi)始去布局上游原材料，在戰略層面上非常有策略。

任殿勝（嘉賓）：

是的，所以說(shuō)對我們的影響有限，我們的領(lǐng)導團隊比較有先見(jiàn)之明。

幻實(shí)（主播）：

在這種特殊的材料領(lǐng)域，您工作這么多年有什么樣的感觸可以分享給行業(yè)相關(guān)從業(yè)者以及關(guān)注這個(gè)賽道的人？

任殿勝（嘉賓）：

我進(jìn)入這個(gè)行業(yè)也是比較偶然，我原來(lái)是學(xué)化工的，但在接觸這個(gè)領(lǐng)域以后發(fā)現可學(xué)的東西很多，同時(shí)趕上中國的發(fā)展以及各種機會(huì )，接觸了很多東西。

對于我們的年輕從業(yè)者來(lái)說(shuō)，只要你入門(mén)這一行并且堅持下來(lái)都有可能成功，你將會(huì )收獲知識經(jīng)驗以及管理層面的積累。

幻實(shí)（主播）：

所以對于我們后輩來(lái)說(shuō)還是要踏踏實(shí)實(shí)做事。這個(gè)詞也是很多從業(yè)多年的前輩們屢次提起的。

任殿勝（嘉賓）：

是的，要耐得住寂寞。

幻實(shí)（主播）：

您覺(jué)得磷化銦、砷化鎵的爆發(fā)期快到了嗎？

任殿勝（嘉賓）：

這幾年一直在成長(cháng)，市場(chǎng)前景無(wú)限。通訊方面的光纖入戶(hù)，以及其他涉及光電轉化的應用幾乎都需要磷化銦，磷化銦的發(fā)展前景可見(jiàn)一斑。

第二代半導體材料是以砷化鎵為代表的化合物材料，2017-2023年我國砷化鎵襯底市場(chǎng)規模復合增速達15%，其中光子應用復合增速將達 37%，是未來(lái)砷化鎵市場(chǎng)規模擴容的主要引領(lǐng)者。我國的砷化鎵襯底材料主要用在光電子領(lǐng)域并以L(fǎng)ED用半導體型砷化鎵為代表的低端市場(chǎng)為主。而半絕緣型砷化鎵高端市場(chǎng)主要被日本、美國和德國所掌控，我國目前還沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)規模。

國產(chǎn)企業(yè)必須擺脫行業(yè)掣肘，保持砷化鎵領(lǐng)域技術(shù)的絕對領(lǐng)先，產(chǎn)能的絕對優(yōu)勢以及市場(chǎng)的提前預測，擴大產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈及市場(chǎng)影響力，在占比半導體市場(chǎng)價(jià)值10%的半導體材料領(lǐng)域走出一條新賽道。