艾新德魯夫執(zhí)行院長(zhǎng) 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(jiān) 任殿勝（右）

·改革開放后第一家！瞄準(zhǔn)第二代半導(dǎo)體材料

·手機(jī)中的基石——砷化鎵特性如何？

·國(guó)內(nèi)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(zhàn)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(dǎo)體

改革開放后第一家！瞄準(zhǔn)第二代半導(dǎo)體材料

幻實(shí)（主播）：

本期我們邀請(qǐng)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(fù)責(zé)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(duì)通美晶體可能相對(duì)陌生，先請(qǐng)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(dǎo)體，也是全球主要的供應(yīng)商之一。

幻實(shí)（主播）：

通美主營(yíng)半導(dǎo)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(zhǎng)開始到最后的晶片。

幻實(shí)（主播）：

聽(tīng)說(shuō)你們?cè)谶@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(dá)到全球前三。

GaAs產(chǎn)業(yè)鏈（圖源：穩(wěn)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(yīng)用于航天領(lǐng)域、太陽(yáng)能領(lǐng)域的鍺單晶材料，我們?cè)谥袊?guó)航天領(lǐng)域擁有大概百分之八九十的市場(chǎng)。

GaAs當(dāng)前主要應(yīng)用市場(chǎng)（圖源：Yole）

幻實(shí)（主播）：

化合物半導(dǎo)體現(xiàn)在是非常火爆的賽道，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(guó)電子科技集團(tuán)第四十研究所，接觸了半導(dǎo)體材料；2005年我加入通美晶體從事半導(dǎo)體材料的技術(shù)開發(fā)。

幻實(shí)（主播）：

很多材料公司尤其是歐美大廠會(huì)將很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)立在海外。但是你們很早就把生產(chǎn)環(huán)節(jié)放在中國(guó)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(guó)成立了這家公司。他擁有很深的中國(guó)情節(jié)，就把工廠搬到了中國(guó)，并且公司也成為了改革開放以后第一批北京通州的外資企業(yè)。

手機(jī)中的基石——砷化鎵特性如何？

幻實(shí)（主播）：

請(qǐng)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(xiàn)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(zhuǎn)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(xiàn)在的LED類顯示屏，紅光、黃光都是砷化鎵材料制的；紅綠燈標(biāo)識(shí)等，這些都是砷化鎵材料做的。

半導(dǎo)體參數(shù)及對(duì)應(yīng)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(jī)信號(hào)的接收與發(fā)送。目前4G手機(jī)里有7顆砷化鎵芯片，將來(lái)5G手機(jī)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(yīng)用非常廣。另外，砷化鎵也可應(yīng)用于太陽(yáng)能領(lǐng)域，它能吸收更多光譜，光電轉(zhuǎn)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(xiàn)在目前的5G領(lǐng)域，主要用于光通訊領(lǐng)域，例如在大數(shù)據(jù)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(yīng)用領(lǐng)域而言，我們現(xiàn)在從1英寸到8英寸的砷化鎵襯底都有。我們現(xiàn)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(zhǎng)，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(zhǎng)。

幻實(shí)（主播）：

生長(zhǎng)環(huán)境的搭建也很復(fù)雜。

任殿勝（嘉賓）：

是的，爐子結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，在溫度控制、程度控制以及整個(gè)梯度控制上都比較復(fù)雜。

InP晶圓市場(chǎng)預(yù)測(cè)（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(píng)價(jià)體系有幾個(gè)：一是幾何參數(shù)，即晶圓的大小平整度，要求晶圓表面要達(dá)到幾微米甚至幾納米的誤差，平整度要求非常嚴(yán)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(jí)的潔凈環(huán)境；最后是電性能，也是最重要的評(píng)價(jià)參數(shù)。

幻實(shí)（主播）：

我們知道半導(dǎo)體器件通常會(huì)有良率、可靠性這樣的指標(biāo)，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(duì)此有嚴(yán)格要求。如果加工過(guò)程不好，就達(dá)不到客戶的規(guī)格要求，公司也會(huì)有損失，甚至如果你出貨給客戶，客戶損失更大。所以對(duì)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?yàn)槲覀兯衅骷募庸な窃谝r底基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以我們產(chǎn)品的可靠性對(duì)器件有決定性的影響。

國(guó)內(nèi)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(yīng)求，業(yè)績(jī)特別好。你們公司是否受益于市場(chǎng)需求擴(kuò)增的影響？

任殿勝（嘉賓）：

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

幻實(shí)（主播）：

雖然市場(chǎng)還沒(méi)達(dá)到像硅那么瘋狂，但是發(fā)展也很不錯(cuò)。現(xiàn)在很多下游的公司也在開始努力尋找III-V族的器件應(yīng)用市場(chǎng)方向。

任殿勝（嘉賓）：

是的，我們現(xiàn)在也準(zhǔn)備在國(guó)內(nèi)上市，通過(guò)融資擴(kuò)大產(chǎn)能，也在各個(gè)地方找新的廠址，為擴(kuò)建做準(zhǔn)備。

中國(guó)砷化鎵器件市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)(億元) （圖源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

幻實(shí)（主播）：

你們服務(wù)的客戶國(guó)內(nèi)的多還是國(guó)外的多，占比如何？

任殿勝（嘉賓）：

百分之八九十是國(guó)外的客戶，他們的產(chǎn)品偏向高端應(yīng)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(guó)在這個(gè)領(lǐng)域還在繼續(xù)努力，紫光這些公司還在成長(zhǎng)。

任殿勝（嘉賓）：

國(guó)內(nèi)企業(yè)也在大力發(fā)展，相對(duì)來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)占比會(huì)少一些。

幻實(shí)（主播）：

你們把供應(yīng)鏈搬到中國(guó)，會(huì)影響國(guó)外的客戶嗎？

任殿勝（嘉賓）：

國(guó)外客戶有擔(dān)心，我們公司只是提供襯底，襯底材料暫時(shí)沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在也不受美國(guó)影響。

幻實(shí)（主播）：

你們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手多嗎？類似級(jí)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(guó)一家公司以及我們公司，前兩個(gè)規(guī)模跟我們差不多大。最近幾年國(guó)內(nèi)起來(lái)的企業(yè)有10多家，實(shí)際上這些公司的團(tuán)隊(duì)很多都是我們公司離開的人（出去的），可以說(shuō)我們是中國(guó)半導(dǎo)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(guó)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)展非常快，尤其像廣東先導(dǎo)、云南鍺業(yè)、中科晶電這些企業(yè)，他們?cè)贚ED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(duì)容易突破嗎？

任殿勝（嘉賓）：

對(duì)，這塊的要求低一些。射頻類的對(duì)技術(shù)要求高一些。

全球 GaAs 射頻器件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局 （圖源：Strategy Analysis）

幻實(shí)（主播）：

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

任殿勝（嘉賓）：

從目前砷化鎵的應(yīng)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(yīng)用，包括手機(jī)、WiFi6、WiFi7等。目前的WiFi6、WiFi7頻率更高，它對(duì)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(duì)頻率這些指標(biāo)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(lán)綠三個(gè)顏色組成的光點(diǎn)的話，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(zhàn)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(guó)的公司并接觸這個(gè)行業(yè)的，當(dāng)時(shí)我們6英寸砷化鎵襯底是250美金一片，現(xiàn)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(duì)，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(jī)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、銦等稀有金屬是受國(guó)家控制的，砷是有毒有害的。

幻實(shí)（主播）：

如果想像靶材那樣擴(kuò)大規(guī)模，是否需要對(duì)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(duì)稀有金屬礦帶來(lái)一波剛需？

任殿勝（嘉賓）：

現(xiàn)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?cè)谶M(jìn)入中國(guó)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）：

你們很早就開始去布局上游原材料，在戰(zhàn)略層面上非常有策略。

任殿勝（嘉賓）：

是的，所以說(shuō)對(duì)我們的影響有限，我們的領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)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(xiàn)可學(xué)的東西很多，同時(shí)趕上中國(guó)的發(fā)展以及各種機(jī)會(huì)，接觸了很多東西。

對(duì)于我們的年輕從業(yè)者來(lái)說(shuō)，只要你入門這一行并且堅(jiān)持下來(lái)都有可能成功，你將會(huì)收獲知識(shí)經(jīng)驗(yàn)以及管理層面的積累。

幻實(shí)（主播）：

所以對(duì)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(zhǎng)，市場(chǎng)前景無(wú)限。通訊方面的光纖入戶，以及其他涉及光電轉(zhuǎn)化的應(yīng)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(dǎo)體材料是以砷化鎵為代表的化合物材料，2017-2023年我國(guó)砷化鎵襯底市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增速達(dá)15%，其中光子應(yīng)用復(fù)合增速將達(dá) 37%，是未來(lái)砷化鎵市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)容的主要引領(lǐng)者。我國(guó)的砷化鎵襯底材料主要用在光電子領(lǐng)域并以LED用半導(dǎo)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(guó)和德國(guó)所掌控，我國(guó)目前還沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

國(guó)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(duì)領(lǐng)先，產(chǎn)能的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)以及市場(chǎng)的提前預(yù)測(cè)，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈及市場(chǎng)影響力，在占比半導(dǎo)體市場(chǎng)價(jià)值10%的半導(dǎo)體材料領(lǐng)域走出一條新賽道。