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• 发布时间：2022-04-27

【概要描述】      作为第二代半导体材料，磷化铟（lnP）在射频、光电子、移动通信、数据通信等多项领域有着广泛的应用，但其核心技术仍掌握在美日欧等少数国际大公司手中，国内企业在市场话语权较少。不过随着近年来国内企业不断加大投入技术研发，似乎让不少人看到了中国在该领域弯道超车的机会。       近日，云南锗业透露，华为旗下哈勃投资参股的“磷化铟单晶片建设项目”即将投产。公司称，该项目投产将有利于公司内部新材料产业发展，促进公司向深加工方向转型、升级，对提升公司盈利能力也有积极促进作用。而这也是中国企业为对抗半导体材料进口依赖的又一次突破尝试。 云南锗业主研产品 图源：云南锗业       早在2017年2月，云南锗业董事会就审议通过由云南鑫耀半导体材料有限公司使用3600万元自有资金实施“5万片/年2英寸磷化铟单晶及晶片产业化建设项目”。作为云南锗业旗下控股子公司，鑫耀半导体多年来一直主营砷化镓及磷化铟衬底(单晶片)的研发、生产工作，并于2020年10月获得了华为哈勃的战略投资，其持股占比为23.91%。 磷化铟：光模块及射频器件中必不可少的材料       磷化铟（InP）作为重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料之一，是继Si（硅）、Ge（锗）、GaAs（砷化镓）之后的新一代电子功能材料。磷化铟具有诸多优点：较高的电光转换率、饱和电子漂移速度和电子迁移率，导热性好、抗辐射能力强，发光波长适宜光纤低损通信等。这些特征决定了其在射频、光电子、移动通信、数据通信等多项领域的广泛应用。       磷化铟具有闪锌矿型晶体结构，禁带宽度为1.34eV，常温下迁移率为3000—4500 cm2 /(V.S)。使用磷化铟衬底制造的半导体器件，因其特殊的材料特性，被广泛应用于生产射频器件、光模块、LED（Mini LED及Micro LED）、激光器、探测器、传感器、太空太阳能电池等器件，在5G通信、数据中心、新一代显示、人工智能、无人驾驶、可穿戴设备、航天等领域具有广阔的应用空间。       磷化铟半导体材料具有宽禁带结构，并且电子在通过InP 材料时速度快，因此利用磷化铟芯片制造的卫星信号接收机和放大器可以工作在100GHz以上的极高频率，并且有很宽的带宽，受外界影响较小，稳定性很高。因此，磷化铟是一种比砷化镓更先进的半导体材料。 2-6英寸磷化铟衬底大小对比 图源：先导集团 磷化铟的应用 光模块       磷化铟（InP）作为衬底材料主要用于制造光模块中的激光器和接收器，应用途径主要有用于光纤通信系统的光源（LED）和探测器（APD雪崩光电探测器）以及集成激光器、光探测器和放大器等，是光电集成电路是新一代40Gb/s通信系统必不可少的部件。相比于另一种半导体材料砷化镓，磷化铟在器件制作中更具优势，其惯性能量时间常数是砷化镓的一半，工作效率极限高出砷化镓器件一倍，同时具有更好的噪声特性。 射频器件       磷化铟基射频器件相关器件如低噪声放大器、模块和接收机等器件还被广泛应用于卫星通信、毫米波雷达、有源和无源毫米波成像等设备中。在100 GHz以上的带宽水平，使用磷化铟基射频器件在回程网络和点对点通信网络的无线传输方面具有明显优势，未来在6G通信无线传输网络中，磷化铟衬底将有望成为射频器件的主流衬底材料。 国内厂商齐齐发力，未来将有望打破国外垄断局面       根据新思界产业研究中心发布的《2022年全球及中国磷化铟衬底产业深度研究报告》显示，2021年，全球磷化铟衬底市场规模还不到10亿元，年出货量约为65万片（折合2英寸）。未来，在数据中心、5G通信、可穿戴设备等新兴市场需求的带动下，磷化铟衬底市场规模将持续扩大，成本也将随着规模效应而降低，进一步促进下游应用领域的发展。       由于技术含量高、生产难度大，全球磷化铟市场集中度极高，日本住友、日本能源、英国WaferTech、Sumitomo、美国AXT等企业占据全球市场主要份额。而我国内地磷化铟产业虽然在政策扶持下在近些年得到了快速发展，但目前我国磷化铟生产技术水平相比于欧美国家仍处于较低水平。       目前我国磷化铟及磷化铟单晶衬底生产企业有中科晶电、云南锗业、先导稀材、北京通美晶体等。其中只有北京通美晶体一家企业可实现批量化生产磷化铟单晶衬底。       值得注意的是，北京通美晶体甚至也不能算作中国本土企业。通美晶体是美国AXT集团的外商独资企业，是全球少数掌握6英寸磷化铟衬底生产技术的企业之一，主要从事磷化铟衬底、砷化镓衬底、锗衬底及其他高纯材料的研发、生产和销售。据悉，北京通美晶体所用的技术全部来源于美国。2020年，北京通美晶体在全球磷化铟衬底市场占比超过35%，是全球第二大磷化铟衬底供应商。       虽然说，国外磷化铟相关生产技术和工艺已经非常成熟，国内企业要取得一定市场地位并不容易。但依旧还是有国内企业迎难而上。       早在2019年12月，云南锗业就宣布投资为3.24亿元建设年产15万片4英寸磷化铟单晶片生产线。截至2021年末，云南锗业磷化铟晶片(2—4英寸)产能已经达到了10万片/年。此外，云南锗业还在持续推进6 英寸高品质磷化铟单晶片的产业化关键技术研究，未来有望突破6英寸大直径磷化铟单晶生长、晶片加工、检测测试的关键技术和产业化技术瓶颈。       而在今年年初，先导集团成功研发6英寸磷化铟衬底，填补了我国国内大尺寸半导体衬底的产品空白，这也是我国半导体材料行业的一次重大突破。先导集团表示，6寸磷化铟衬底生产技术主要集中在以日美为首的西方企业，占据全球近80%的市场份额，先导集团在国内率先开展大尺寸磷化铟单晶设备及工艺开发工作，也是为了助力打破国外市场长期垄断，推进我国半导体领域关键技术自主可控进程。 先导集团研发的6英寸磷化铟晶体 图源：先导集团       近年来，5G/6G通讯、数据中心、元宇宙等数字经济的快速发展，磷化铟晶片的需求量以每年15%的速度递增。其中，用于光电器件、微波通讯的磷化铟衬底占较大市场份额，有专家预测未来用于近红外成像和磷化铟基的波分复用系统衬底市场将达到10亿美元规模。