當各類AI產品掀起新一輪算力競賽，當新能源汽車的智能座艙流暢響應每個指令，背後支撐這些科技奇蹟的，正是半導體材料的持續突破。從矽基到化合物，從三維到二維，材料的每一次迭代都在重塑晶片產業的遊戲規則——新材料如何改寫產業版圖？2025 年全球半導體材料市場迎來結構性增長，規模預計達 780 億美元，同比增長 8.5%，其中中國市場以 1920 億元人民幣（約 270 億美元）規模佔據全球 34.6%份額，首次超越台灣成為全球第一大市場。這一格局重構源於兩大驅動力：一是中國大陸 300mm 晶圓廠產能達每月 400 萬片（8 英吋當量），佔全球 34.4%；二是 AI 晶片需求爆發推動先進製程材料採購量激增，7nm 及以下製程材料市場規模同比增長 22%，佔整體市場的 42%。產業鏈呈現"三極分化"特徵：上游原材料領域，日本信越化學（矽烷氣體全球市佔率 45%）、美國查爾斯河實驗室（超高純試劑市佔率 38%）仍壟斷核心環節；中游材料製造環節，中國在矽片（滬矽產業全球市佔率 5%）、電子特氣（華特氣體全球市佔率 7%）等領域實現突破；下游應用端，台積電 CoWoS 封裝產能擴張帶動先進封裝材料需求增長 34%，國內長電科技的 SiP 封裝材料採購量同比提升 52%。2025 年成為中國半導體材料國產替代的關鍵轉折點，技術創新呈現三大方向：先進製程適配方面，中微公司開發的原子層沉積（ALD）裝置配套材料，滿足 3nm 製程 High-NA 光刻膠需求；綠色製造領域，金宏氣體推出的電子級氨氣回收系統，使晶圓廠氣體利用率提升至 95%；材料復合化趨勢顯著，安集科技開發的奈米結構 CMP 拋光液，將 3D NAND 晶圓的拋光效率提升40%。(EDA365電子論壇)

在長三角或珠三角的某個不起眼的角落，也許它名聲不大，產值也不會很高，但確實某領域的“隱形冠軍”。上海新陽就是這樣一家國內半導體材料領域的領軍企業；一家為國內超過70%的12英吋晶圓產線提供基準材料的國產半導體“隱形冠軍”！從技術實力而言，上海新陽的核心競爭力源於其持續不斷的技術投入和自主創新，逐步形成了形成了五大核心技術領域。其一，電子電鍍技術，主要用於晶圓電鍍的第二代核心技術，其已達到世界水平；其二，電子清洗技術，同樣達到世界水平，成為多家積體電路製造公司28nm技術節點的基準材料；其三，電子光刻技術，主要為光刻膠，其已立項研發高解析度193nm ArF光刻膠及配套材料，在國內光刻膠領域也處於第一梯隊，或將形成其第三大核心技術；其四，電子研磨技術：其CMP拋光液已覆蓋14nm及以上節點，是國內半導體跨入先進製程的重要支撐之一；其五，電子蝕刻技術，與其他廠商不同的是，其主要面向儲存晶片製造領域。上海新陽在以上五大技術領域的異軍突起，並非一日之功，是經年累月高研發投入的結果。自2021年以來的四年半間，上海新陽研發費用累計達8.64億元。2025年上半年，研發投入達1.22億元，同比增長25.4%，佔營收比重13.58%。截至2024年10月，上海新陽已申請國內發明專利超200件、國際發明專利超10件。而根據2025年中報，已累計申請專利已達559項，其中發明專利396項，國際發明專利17項，體現了強勁的技術創新能力。高投入也獲得了高回報，近年來上海新陽不僅營收增長強勁，同時盈利能力也在快速提升。營收在2021年突破10億人民幣之後，每年上一個新台階，2024年超過了14億元；同時淨利潤也水漲船高，2024年淨利潤達到1.76億元，創歷史新高。而根據最新財報資料，2025年上半年上海新陽實現營業收入8.97億元，同比增長35.67%；淨利潤1.33億元，同比增長126.31%。更為難能可貴的是，隨著營收的增長，上海新陽整體毛利率和淨利潤率也在逐步提升。2025年上半年毛利率達40.75%，同比增加1.11個百分點；淨利率為14.88%，同比大幅提升5.92個百分點。這也從一個側面說明，上海新陽在國產半導體產業中不可替代的作用，尤其是在國產半導體材料領域佔據著舉足輕重的地位。截至2025年上半年，上海新陽產品已進入56條12英吋和23條8英吋積體電路生產線，市場佔比分別超過70%和60%，成為國內積體電路產業鏈上不可或缺的中堅力量。其已成為多家積體電路製造公司28nm技術節點的基準材料（Base Line），並且是國內首家能夠對晶片銅互連工藝90-14nm各技術節點全覆蓋的本土企業。為此，上海新陽也在拚命地擴充產能。2025年4月，上海新陽宣佈投資18.5億元新建年產5萬噸積體電路關鍵材料及研發中心項目。該項目已於2025年10月正式開工，預計2027年投產，2032年達產。隨著半導體製造工藝升級、先進封裝技術應用的逐步提升，半導體產業鏈對濕化學品的整體需求持續提高。未來市場將進一步擴大，根據中國電子材料行業協會預測，2025年全球濕電子化學品市場規模將達827.85億元，2022-2025年複合增長率（CAGR）為8.9%，積體電路領域濕電子化學品市場規模將增長至544.60億元。其中，中國市場的表現尤為亮眼，預計2025年國內濕電子化學品市場規模將增至292.75億元，較2023年增長近30%，CAGR高達15.84%。中國積體電路領域濕電子化學品市場規模預計突破130億元。因此，作為國產半導體材料基石型廠商，在電子電鍍、電子清洗、電子蝕刻、電子光刻、電子研磨五大核心技術的加持下，上海新陽已在多領域填補國內空白，打破國外廠商的壟斷。相信在國內替代的大潮之下，上海新陽的市場空間將進一步快速放大，將在國產半導體材料領域發揮更加重要的作用！ (飆叔科技洞察)

稀土，指鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔等17種元素的總稱，即化學周期表中鑭系元素（La-Lu）與釔（Y）、鈧（Sc）的總稱。這類元素憑藉“微量加入即可顯著最佳化材料物理化學性能”的核心特性，在各產業中發揮“點石成金”的作用，因此被譽為“工業維生素”“工業味精”或“工業潤滑劑”。在技術密集型的半導體產業中，稀土更是支撐裝置精密化、材料高性能化與工藝先進化的關鍵基礎材料，其應用貫穿半導體製造全鏈條。01稀土元素在半導體裝置中的應用光刻機的晶圓台、掩模台需實現奈米級精度的高速運動，核心依賴無摩擦直線電機與磁懸浮系統，而這些系統的驅動力與強磁場均來自稀土永磁體，其中以釹鐵硼（NdFeB）永磁體為主。NdFeB永磁體主體由釹（Nd）、鐵、硼合金構成，為提升高溫穩定性（避免退磁），需摻入鏑（Dy）、鋱（Tb）調節居里溫度。據報導，單台EUV光刻機需搭載數十公斤NdFeB磁鋼，用於電機定子與轉子。釹是這種磁體的主成分，提供超高磁能積，而鏑和鋱作為輔料改善高溫穩定性。稀土磁體的應用使得光刻機能夠實現每小時百片以上晶圓的掃描速度，同時保持亞奈米定位精度。除晶圓台外，光刻機的對準系統、鏡頭調節機構、上下料機械手等元件，其無刷直流電機或音圈電機的核心部件同樣是稀土磁鋼。需注意的是，稀土在此環節的作用集中於裝置級支撐，不直接進入晶圓製造，但缺少稀土磁體將導致當代光刻裝置的精密運動功能完全失效。此外，離子注入機、刻蝕機的運動平台、渦輪分子泵電機等，也普遍採用NdFeB永磁體實現磁懸浮晶圓傳送、高速驅動，進一步體現稀土在裝置運動控制中的通用性。除了精密運動控制外，光源與光學元件也依賴稀土。EUV、深紫外光刻的主光源不依賴固體稀土介質，但晶圓定位、對準、檢測用的輔助雷射器，普遍採用釹摻雜釔鋁石榴石（Nd:YAG）晶體，其含有的Nd³⁺離子是高功率雷射增益介質，可輸出1.064μm雷射，經二倍頻後生成532nm可見光，或進一步轉化為355nm紫外光，滿足高精度檢測需求。前沿研究中，稀土還為下一代EUV光源提供潛力：美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）開發的“大孔徑銩（Tm）雷射器”，利用Tm³⁺離子產生～2μm雷射，與當前行業標準二氧化碳（CO2）雷射器相比可將EUV光源效率提高約10倍，為EUV光刻的成本降低提供可能。EUV/DUV光刻機的雷射系統需避免反射光損傷雷射器，核心解決方案是光學隔離器，其核心材料為鋱鎵石榴石（Tb₃Ga₅O₁₂，簡稱TGG）晶體。TGG中的鋱（Tb）元素具有強法拉第磁光效應，在強磁場中可旋轉光的偏振面，僅允許雷射單向通過，是保障深紫外雷射穩定性的不可替代元件。02稀土材料在半導體材料、耗材和試劑中的應用稀土在半導體材料中的應用，部分前沿方向仍處於研發階段，但已展現出關鍵價值。儘管當前主流光刻膠未直接摻雜稀土元素，但在EUV（極紫外）光刻膠的前沿研究中，已有探索採用含金屬簇（如含鉿、鋯等高原子序數元素）的光刻膠體系，以提升對13.5nm波長光的吸收效率。針對這一領域，有學者提出，可將含稀土元素的化合物納入光刻膠成分設計，借助稀土的f電子構型增強光吸收性能和化學放大效應。不過上述探索目前均處於試驗階段，尚未有含稀土成分的光刻膠實現大規模量產。此外，化學機械拋光（CMP）是晶圓平坦化的核心工藝，其研磨劑性能直接決定拋光效率與選擇性。在氧化矽（SiO₂）、淺溝隔離（STI）層的拋光中，二氧化鈰（CeO₂，俗稱“氧化鈰”）顆粒是主流選擇。在鹼性環境下，CeO₂表面的Ce³⁺/Ce⁴⁺可變價態可與SiO₂表面發生化學反應，生成易去除的鈰矽酸鹽，大幅提升材料去除速率；相比傳統二氧化矽、氧化鋁磨料“僅靠機械磨削”的方式，CeO₂對SiO₂的拋光選擇性更高，可高效去除氧化物層，且幾乎不侵蝕矽氮化物等周邊材料，因此成為STI CMP工藝的“標準研磨劑”。此外，銅/鎢金屬層的阻擋層拋光中，改性CeO₂漿料也有應用。高密度電漿刻蝕機在蝕刻SiO₂等介質時，會使用含氟、氯的強腐蝕性電漿體，若腔體部件直接接觸，易被侵蝕並縮短壽命。解決方案是在刻蝕機關鍵部件（腔體內襯、射頻天線蓋片、束流環等）表面塗覆氧化釔（Y₂O₃）或氟化釔（YF₃）陶瓷塗層：釔（Y）的氧化物化學穩定性極高，在氟電漿環境中可生成緻密的YF₃保護層，避免進一步被侵蝕；相比普通石英、氧化鋁陶瓷塗層，Y₂O₃塗層可將部件使用壽命延長數倍，因此主流刻蝕裝置廠商廣泛採用Y₂O₃塗層部件。雖單台裝置Y₂O₃用量僅以千克計，但全球刻蝕裝置保有量巨大，形成對高純Y₂O₃材料的持續需求。在5G射頻、磁性儲存等細分領域，稀土摻雜的濺射靶材是製備高性能薄膜的關鍵。比如，鋁鈧合金靶材可用於沉積鋁鈧氮（AlScN）薄膜，鈧（Sc）的摻雜可大幅提升氮化鋁（AlN）的壓電性能，而AlScN薄膜是5G射頻MEMS元件（如BAW濾波器）的核心材料；釹（Nd）、鐠（Pr）等靶材可用於濺射磁性儲存薄膜（如磁阻隨機存取儲存器MRAM的TbCoFe磁光層、SmCo基隧穿結），此外，鉺矽化物（ErSi₂）靶材在紅外光電器件中也有應用潛力。氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）基器件的傳統製備中，採用矽、藍寶石等異質襯底易因晶格常數差異、熱力學行為不協調產生大量缺陷，導致器件閾值電壓漂移、電流崩塌等可靠性問題。而六方晶系鋁酸鎂鈧（ScAlMgO₄，簡稱SCAM或SAM）襯底可解決這一痛點，原因在於其晶格常數、熱膨脹係數與GaN、ZnO高度匹配，能顯著抑制外延生長中的缺陷形成，為製備高品質GaN外延薄膜提供新路徑，為製備高品質GaN外延薄膜提供了新途徑。03稀土元素在先進製程工藝中的應用隨著電子技術向高性能、多功能、大容量、微型化方向發展，半導體晶片整合度越來越高，電晶體尺寸越來越小，傳統的二氧化矽（SiO₂）柵介質薄膜就會存在漏電甚至絕緣失效的問題，目前採用鉿、鋯及稀土改性的稀有金屬氧化物薄膜解決核心漏電問題。如果進一步降低線寬，則需採用更高介電常數的稀土柵介質材料。高k介質材料具有比傳統的SiO₂更高的介電常數（k值）。在實際應用中，行業以HfO₂作為高k介質主體，並通過摻入稀土元素（如鑭、釔）進一步最佳化性能。在高k/金屬柵（HKMG）工藝中，通過在HfO₂表面沉積數埃厚的氧化鑭（La₂O₃），再經高溫退火使鑭擴散至介質/矽介面，可產生介面偶極效應，有效降低MOSFET電晶體的閾值電壓，滿足先進製程對低功耗、高開關速度的需求。04稀土摻雜半導體材料稀土元素通過摻雜進入半導體材料，可利用稀土離子4f電子的特性製備半導體發光材料，同時利用稀土離子的化學活性提高半導體材料的純度、完整性，且其製備工藝與積體電路CMOS工藝相容，為矽基光電整合提供可能。稀土離子（如Eu³⁺）的4f電子具有豐富的能級躍遷，可產生窄頻寬、高色純度的特徵發光，因此被用於製備半導體發光材料。以氧化銪（Eu₂O₃）薄膜為例，Eu₂O₃具有優越的發光與催化性能，其4f能帶結構與ZnO、GaN等半導體的發光機理相似，可實現電致發光，且發光效率不受稀土離子濃度猝滅的限制；在矽片上外延生長Eu₂O₃薄膜，可解決GaN、ZnO與矽襯底工藝不相容的問題，使矽基Eu₂O₃電致發光器件能與CMOS工藝無縫整合，為矽基光電整合的光源環節提供解決方案。05稀磁半導體稀磁半導體（Diluted Magnetic Semiconductors，DMS）是通過在非磁性半導體中摻雜過渡金屬或稀土元素形成的新型材料，由於摻雜濃度較低，其磁性相對較弱，兼具電荷調控與自旋操縱特性，其分子式通常表示為A₁₋ₓMₓB，在自旋電子學領域具有應用潛力。主流摻雜元素包括過渡金屬銩（Tm）或稀土離子錸（Re），摻雜後材料可同時利用電子的電荷屬性與自旋屬性，在磁、磁光、磁電等方面表現出優異性能，可用於製備自旋電子器件，如高密度儲存器、高靈敏度探測器、磁感測器及光發射器。早期稀磁半導體的製備技術以分子束外延、金屬有機化學氣相沉積為主。06總結稀土元素憑藉其獨特的4f電子構型、高化學活性、優異的磁光熱電性能，已深度融入半導體產業從“裝置製造”（如光刻機運動控制）、“材料製備”（如CMP拋光劑、耐蝕塗層）到“先進工藝”（如高k介質最佳化）的全鏈條。無論是支撐EUV光刻的“奈米級精度”，還是推動5G射頻、自旋電子器件的“性能突破”，稀土均扮演著“不可替代的戰略材料”角色。隨著半導體技術的迭代，稀土在前沿領域（如稀磁半導體、矽基光電整合）的應用潛力將進一步釋放，其研發與供應保障對半導體產業的發展具有重要戰略意義。 (半導體產業縱橫)

在美國政府掀起的新一輪關稅戰下，中美雙方都宣佈對原產於兩國的進口商品加征關稅至125%。目前業界討論最多的還是晶片等終端產品。但晶片的生產離不開上游裝置和材料的支撐。半導體材料是半導體產業的基石，細分種類眾多，貫穿半導體生產的前道晶圓製造與後道封裝測試全流程。在晶圓製造環節，矽片、電子特氣、光掩膜版、拋光材料等用量可觀；封裝測試階段，封裝基板等則是關鍵材料。然而，當前中國半導體材料國產化率偏低，CMP 拋光材料、光刻膠和電子氣體等領域更是短板，國產化率不足30%，成為限制中國半導體產業發展的瓶頸。隨著國內半導體產業在全球版圖中佔比逐步提升，產能加速向國內轉移，半導體材料在供應鏈中的地位愈發關鍵。而關稅戰的爆發，極有可能導致進口材料價格飆升，成本壓力沿著供應鏈傳導至下游代工廠，為整個產業帶來沉重負擔。那麼那些材料會受影響呢？01 光刻膠光刻膠是光刻工藝的核心材料，技術壁壘主要體現在原料端（中國高端樹脂的國產化量產供應量嚴重不足）和製造端。中國晶圓廠建設步伐加快，晶片製程不斷提升，推動半導體光刻膠市場空間快速擴張。全球半導體製程正向更先進、更精細化的方向發展，帶動半導體製造對光刻膠的需求成長。光刻膠藉由光化學反應，經曝光、顯影、刻蝕等工序，將掩範本上的精細圖形精準轉移至待加工基片。依應用領域不同，光刻膠分為 PCB 光刻膠、LCD 光刻膠及半導體光刻膠，其中半導體光刻膠技術門檻最高。依照曝光波長差異，半導體光刻膠又細分為G 線、I 線、KrF、ArF 及EUV 等類型，曝光波長越短，加工解析度越高，能夠實現更小尺寸和更精細的圖案製作，目前最先進的光刻膠已進入極紫外光（EUV）時代。在原料方面，光刻膠的原料包括樹脂、光酸、加入劑及溶劑，中國原料自給率普遍較低，尤其是佔成本近50% 的樹脂原料，高端樹脂國產化量產供應嚴重不足。製造端，光刻膠配方複雜，難以逆向推導，驗證周期漫長，需要與客戶密切協作，且高階光刻機裝置購置和維護成本高昂，對企業資金和技術實力要求很高。當前，中國光刻膠生產能力主要集中在PCB光刻膠等中低端產品，高端半導體光刻膠市場被美日企業所壟斷。資料顯示，美國杜邦公司光刻膠市場佔有率排名中國第二。 （其他多為日本企業，如東京應化、住友化學、富士膠片等）02 CMP 拋光材料CMP是一種將化學腐蝕與機械研磨相結合的半導體表面平坦化工藝，在積體電路晶圓製造過程中扮演著實現晶圓全域均勻平坦化的角色。在晶圓製造的各個階段，為確保晶圓表面的完全平坦，均需進行平坦化處理。隨著超大規模積體電路製造線寬的持續細化，對平坦化的要求日益提高，CMP在先進工藝過程中的重要性愈發凸顯且不可取代。在化學機械拋光環節中，CMP拋光墊與拋光液作為核心耗材，其中拋光液的材料成本佔比最高。根據SEMI提供的資料，全球CMP材料成本中，拋光液的使用量最大，佔比達到49%，拋光墊佔比33%，二者合計佔比高達82%，而鑽石碟佔比9%，清洗液佔比則為5%。市場上排名前五名的廠商分別是Cabot Microelectronics、德國Merck (Versum Materials)、日立、富士美和美國陶氏，它們合計佔據了超過80%的市場份額。然而，值得注意的是，拋光液市場格局正呈現出分散化的趨勢，為國產廠商提供了更大的替代機會。作為全球拋光液市場的領導企業，美國的Cabot Microelectronics在2000年時曾佔據了高達80%的市場份額。至2017年其全球市佔率已降低至36%。這一變化表明，拋光液市場的分散程度相對較高，且多元化發展的趨勢日益明顯，為國產廠商實現市場替代提供了較大的空間。但目前仍可能受到關稅影響。而拋光墊該市場主要由陶氏化學（註：杜邦與陶氏化學於2017年完成合併，成立陶氏杜邦公司，後來又分拆為了杜邦、陶氏化學和農業公司科迪華三家公司）所主導，其佔據了全球79%的市場份額；而美日五家主要廠商合計佔據了91%的市場份額。CMP拋光墊為例，杜邦在全球佔據了約60%的市場份額，在中國市場這一比例甚至更高。以往，中國國內CMP拋光墊的使用幾乎完全依賴進口。目前國內已有一小部分廠商也可以生產拋光墊了。03 電子特氣電子特種氣體又稱為電子特氣，相對於傳統工業氣體，純度更高，其中一些具有特殊用途。電子特氣下游應用廣泛，是積體電路、顯示面板、太陽能電池等產業不可或缺的支撐性材料。在半導體領域，電子特氣的純度直接影響IC晶片的整合度、性能和良品率，在清洗、氣相沉積成膜（CVD）、光刻、刻蝕、離子注入等半導體工藝環節中都扮演著重要的角色。因其對純度和雜質含量的嚴苛要求，具有較高的經濟價值，佔據了晶圓製造成本的13%。與一般工業氣體相較，電子特氣對純度、品質的穩定性和一致性以及包裝容器等方面的要求都更為嚴苛，因此其技術難度相對較高。電子特氣產業的核心競爭力主要包括精良的提純技術、獨特的混合配方以及多品類的供應潛力。電子特氣多達數百種，主要應用於光刻、刻蝕、成膜、清洗、摻雜、沉積等關鍵環節。其中，又主要包括清洗氣體如三氟化氮，以及金屬氣相沉積氣體如六氟化鎢等。但目前全球電子特氣市場被美德法日壟斷，合計佔據約90%以上的市場份額，中國進口依賴較高，特別是超高純特氣更是幾乎全部依賴進口。美國空氣化工在中國電子特氣產業中佔據領先地位，前幾家國際廠商佔據較大市場份額，而其他廠商共同佔據一定份額。中國電子特氣龍頭企業華特氣體在2024年報中表示，在中國電子特種氣體市場中，88%的市場份額為外資所壟斷。截至2024年，海外氣體巨頭依然佔據國內特氣市場的主導地位，公司在國內的市場份額佔不到5%。不過，以華特氣體為代表的國內氣商不斷髮展，目前華特氣體已實現了55個產品的進口替代，超過20個產品供應到14nm、7nm等先進製程產線，部分產品氟碳產品、氫化物產品更是進入5nm工藝。其也是國內唯一經ASML公司、GIGAPHON認證的氣體公司，在光刻氣產品方面具有較強的技術優勢。04 高純石英作為世界稀缺、中國高度依賴進口的戰略性資源，高純石英礦具有耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹性、高絕緣性和透光性這些特點，是半導體、太陽能等戰略性新興產業必不可缺少的關鍵基礎材料，在國家高科技競爭中起到至關重要的作用。目前中國高純石英高端產品、甚至中高端產品，主要依賴產品和礦石進口，仍處於被處處掣肘的狀態。作為晶片等關鍵領域的卡脖子材料，近年來中國一直在強化高純石英資源的勘查評價體系。這種石英用於製造坩堝，坩堝中盛放熔融的矽，然後將其製成矽錠，再將矽錠切割成晶片並製成晶片。石英需要非常純淨，以防止雜質滲入矽中，而Spruce Pine正是這種非常純淨的石英的產地。石英坩堝對於大多數半導體製造來說確實是必需的，而Spruce Pine 是這種石英的大部分產地。 Spruce Pine 石英並不是半導體製造中不可取代的關鍵。但替代品都是尚未開發、品質不太好、價格不太便宜的組合。切斷Spruce Pine 石英的供應可能不會完全切斷半導體的供應，但這意味著產量下降，成本上升。其實該行業也意識到了瓶頸，並且正在開發新的石英來源，並且正在研究新的坩堝材料。如果找到一種新的坩堝材料，將產生特別大的影響：不僅因為它可以消除Spruce Pine 瓶頸，還因為石英是矽錠製造的主要限制因素，而一種新的、更好的材料可能會大幅提高生產效率。近日，自然資源部發佈了《新發現礦種公告》，其中確定了一個新礦種－高純石英礦。它的出現，將改變先前高度依賴進口的局面，並協助相關戰略性新興產業的高品質發展。自然資源部表示，本次設立確定的新礦種叫高純石英礦，是指經選礦、提純可獲得二氧化矽的純度不低於99.995%，雜質、包裹體含量滿足半導體、太陽能等高新領域應用要求的岩石。近年來，中國通過推進新一輪找礦突破戰略行動，在河南東秦嶺、新疆阿勒泰等地區，發現了多處高純石英礦，全國多家企業和科研單位分別開展了技術攻關，成功獲得了4N5級以上中試產品，一些樣品達到4N8級，在高純石英礦調查評價、資源勘查、深度提升產品，一些樣品達到4N8級，在高純石英礦調查評估、資源勘查、深度提升、深度目前來看，半導體材料領域中國仍有諸多掣肘。各種晶片產品，關稅以流片地為原產地，在此情況下，大部分晶片並不被認定為美國產品，實際影響很小。但半導體材料不同，中國對進口依賴度高，美國企業佔比較大，容易受到進口關稅影響。但另一方面，這些材料大部分有日本、中國等國家的產品替代，即使受到衝擊和面臨困難也只是暫時的。 （半導體產業縱橫）

半導體材料是現代科技的先導和基石。從矽（Si）、鍺（Ge），到砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP），再到碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN），材料始終是推動產業進步的核心要素。如今，以氧化鎵（Ga₂O₃）、金剛石（C）、氮化鋁（AlN）為代表的新一代半導體材料也開始嶄露頭角，各大企業加緊佈局，單晶生長、外延薄膜等技術突破的消息頻頻湧現，產線建設和產能釋放提上日程。半導體代表性材料進階圖備受矚目的氧化鎵半導體代表性材料進階圖備受矚目的氧化鎵新一代半導體材料與寬禁帶半導體材料的本質區別就是具有更優的物理化學特性，以禁帶寬度為例，新一代半導體材料的帶隙寬度大於3.4eV，遠高於前幾代材料。這一特性使它們能夠在更短的波長下工作，尤其是在深紫外線（UVC）波段（200nm~280nm）的光電器件應用中極具潛力，而氧化鎵就是其中的佼佼者。氧化鎵與其他半導體材料的各項資料對比「氧化鎵是一種新型超寬禁帶半導體材料，與碳化矽、氮化鎵相比，氧化鎵的禁帶寬度達到了4.9eV，高於碳化矽的3.25eV和氮化鎵的3.4eV，確保了其抗輻照和抗低溫度，可以在高低溫、強的環境下製備了其抗高溫、強的強度等表面高壓下使用，有利於提高載流子收集效率。這些強大的特性使得氧化鎵在功率元件領域展現出巨大的應用潛力。在功率元件應用中，氧化鎵能夠承受更高的電壓，減少能量損耗，提高功率轉換效率。例如，在智慧電網中，使用氧化鎵製成的電力電子裝置可以實現更有效率的電能傳輸和分配，降低電網的能耗；在新能源汽車的充電樁和逆變器中，氧化鎵裝置有望提高充電速度和車輛的能源利用效率。所以業內普遍認為，氧化鎵有望取代碳化矽和氮化鎵成為新一代汽車功率半導體材料的代表。因此，市場對於氧化鎵的渴望愈發強烈，日本企業Novell Crystal Technology（以下簡稱NCT）預測氧化鎵晶圓市場到2030年將擴大到約590億日元規模。市場調查公司富士經濟預測，2030年氧化鎵功率元件的市場規模將達到1,542億日元，比當下氮化鎵功率元件的規模還要大。中國科學院院士郝躍在接受《中國電子報》採訪時明確指出，氧化鎵材料是最有可能在未來大放異彩的材料之一，在未來的10年左右時間，氧化鎵器件會直接與碳化矽和氮化鎵器件競爭。但氧化鎵目前的研發進展還不夠快，仍需不懈努力。氧化鎵晶片技術研發進展緩慢的主要原因在於，氧化鎵的製備還需要解決許多技術問題。大尺寸低缺陷氧化鎵單晶的製備方法以及高表面質量氧化鎵晶片的超精密加工技術，是實現氧化鎵半導體裝置工業應用的主要瓶頸。氧化鎵的熔點很高，在1740℃左右，並且在高溫下具有易分解、易開裂的特點，這使得大尺寸產品的製備難度極高。傳統的製備工藝，如導模法（EFG法）需要在1800℃左右的高溫、含氧環境下進行晶體生長，對生長環境要求極為嚴苛。該工藝需要使用耐高溫、耐氧且不污染晶體的材料製作坩堝，綜合考慮性能和成本，只有貴金屬銥適合盛裝氧化鎵熔體。然而，銥的價格昂貴，是黃金的三倍左右，6英吋裝置需要幾公斤的銥，僅坩堝造價就超過600萬，在大規模生產層面限制了裝置數量的擴展。雖然有研究報導了無銥工藝，為降低氧化鎵製備成本帶來了希望，但這些新工藝仍處於探索階段，尚未完全成熟，距離大規模工業化應用還有一段距離。在實際生產中，如何優化這些新工藝，提高晶體生長的品質和穩定性，以及降低生產成本，仍是亟待解決的問題。中國科學院半導體研究所研究員閻建昌向《中國電子報》表示：「散熱能力不足是氧化鎵的弊端，如何繞開這個弊端，去充分發揮它在功率器件的優勢，是值得關注的發展方向。氧化鎵在器件和產業發展上還有很大的空間，發展的基礎取決於材料本身的發展方向。氧化鎵在器件和產業發展上還有很大的空間，發展的基礎取決於材料本身和製備水平，要實現較低的基礎密度，把產業發展的基礎和密度將因此，氧化鎵研發周期非常漫長。於2015年成立的NCT始終致力於氧化鎵晶體研發，直到2021年6月16日，才在全球首次成功量產以氧化鎵製成的100毫米晶圓，為後續氧化鎵在功率半導體等領域的廣泛應用奠定了基礎。目前，NCT主導了全球90%的氧化鎵單晶襯底市場，且已實現6吋氧化鎵晶圓量產。鎵仁半導體的氧化鎵單晶產品演進圖而中國近幾年的研發進度持續提速，步入全球領先行列。 3月5日，鎵仁半導體採用獨立創新的鑄造法，成功發佈全球首顆氧化鎵8英吋單晶，這一成果標誌著中國成為全球首個掌握8英吋氧化鎵單晶生長技術的國家，打破了大尺寸氧化鎵單晶「日本主導、中美歐追趕」的格局。據理解，鎵仁半導體採用的鑄造法，不僅成功實現了8英吋氧化鎵單晶生長，還能加工出相應尺寸的晶圓襯底，並且可以與現有矽基晶片廠的8英吋生產線相容，降低了生產成本，提高了生產效率。同時，富加鎵業宣佈其氧化鎵MOCVD同質外延技術取得突破，在氧化鎵單晶襯底上生長的同質外延薄膜厚度首次突破10微米，標準化產品將於同年4月正式上市。 2024年9月，其打造的國內首條6吋氧化鎵單晶及外延片生長線在杭州富陽開工建設，預計2025年年初投入使用，未來將實現年產萬片生產規模，進一步推動氧化鎵材料在市場上的供應和應用。除了這兩家企業，中國從事氧化鎵材料和裝置的企業還有北京鎵族科技、蘇州鎵和、蘇州鎵耀等，以及一些開始試水的初創公司，共同促進中國在新一代半導體材料領域提速發展。性能之最金剛石金剛石同樣是一種極具潛力的新一代半導體材料，擁有一系列令人驚嘆的物理特性。西安電子科技大學教授張金風向《中國電子報》指出，金剛石屬於新興的超寬禁帶半導體材料，具有禁帶寬度大、耐擊穿、載流子遷移率高、熱導率極高、抗輻照等優點。在熱沉、高功率、高頻裝置、光學視窗、量子資訊等領域具有極大應用潛力。具體來看，金剛石的禁帶寬度高達5.45eV，是矽的近三倍，這一特性賦予金剛石卓越的穩定性和可靠性，使其能夠在高溫、高電壓環境下穩定工作。同時，金剛石的熱導率極高，室溫下可達2200W/(m・K)，是矽的13倍，極大地提高了晶片的散熱效率，從而提升了整個電子裝置的性能和穩定性。此外，金剛石還具有高擊穿電場強度，可達10MV/cm以上，使其在高功率、高頻裝置的應用中展現出巨大優勢。這些卓越的性能都是目前已知材料中最高的，讓金剛石成為半導體領域夢寐以求的理想材料，可以滿足未來高功率、強電場和抗輻射等方面的需求。專家表示，金剛石半導體的應用前景極為廣闊，在眾多領域展現出巨大的應用潛力。在電子資訊領域，基於金剛石的高頻、高功率裝置可用於5G和6G通訊基地台，能夠顯著提高訊號傳輸速度和質量，降低能耗。在能源領域，金剛石基功率元件可用於高效能能源轉換和儲存系統，如電動車的電池管理系統和太陽能逆變器，提高能源利用效率。在航空航太領域，金剛石半導體的高穩定性和抗輻射性能使其成為航空航太的關鍵材料，可用於製造高性能雷達、衛星通訊裝置等。此外，在醫療、傳感器等領域，金剛石半導體也具有廣泛的應用前景。大尺寸單晶金剛石生長路線示意圖然而，目前金剛石半導體材料的製備技術難度較高，成本高昂，限制了其大規模應用，亟需在製備過程上取得突破。由於金剛石的生長過程對裝置和工藝要求極高，如何在保證材料品質的前提下，實現高效、低成本的生產，是產業發展亟待解決的問題。此外，金剛石與現有半導體工藝的相容性也需要進一步研究與改進。由於金剛石的物理化學性質與傳統半導體材料有較大差異，如何將其更好地融入現有的半導體製造流程，是金剛石半導體未來應用的關鍵。科學家很早就開啟了對金剛石的開發研究。早在1970年代，美國科學家就開發出利用高溫高壓法（HPHT）生長小塊狀金剛石單晶，開啟了金剛石研究的熱潮。根據李成明的介紹，近年來金剛石功率電子學在材料和裝置方面均有新的技術突破。在材料方面，採用高溫高壓法製備的單晶金剛石直徑已達20mm，且缺陷密度較低。如果是採用化學氣相沉積(CVD)法，同質外延生長的獨立單晶薄片具有缺陷密度低的特點，最大尺寸可達1英吋；採用「平鋪克隆」晶片的馬賽克拼接技術生長的金剛石晶圓可達2英吋。而採用金剛石異質外延技術的晶圓可達4 吋。如果是低成本的異質外延CVD法，金剛石多晶薄膜的發展和應用已很活躍，晶圓已達8英吋，已可作為導熱襯底，用於新一代GaN功率電子裝置。近年來，中國在金剛石方面的研究也取得了一系列突破。全球人造金剛石產能第一的黃河旋風，憑藉其在高溫高壓法（HPHT）和化學氣相沉積法（CVD）的深厚技術積累，與華為展開深度合作。雙方聯合開發熱導率超2000W/m・K的多晶金剛石熱沉片，該產品主要用於5G基地台和AI晶片散熱，有效解決了高算力裝置在運作過程中的散熱難題。同時，黃河旋風也積極佈局半導體襯底材料研發，致力於在金剛石半導體產業鏈上佔據更有利的位置。器件方面，北方華創作為國內半導體裝置的領導企業，積極佈局新一代半導體材料器件研發，向國內多家研究機構提供用於金剛石等新一代半導體材料的晶體生長裝置。晶體生長裝置是半導體材料產業化的核心裝備，使科研人員能夠精確控制金剛石晶體的生長條件，製備出高品質的金剛石襯底和外延層，為後續金剛石半導體裝置的製造提供了支援。蓄勢待發的氮化鋁氮化鋁也是超寬禁帶半導體材料的重要成員，其禁帶寬度高達6.2eV，能夠在更短的波長下工作，尤其在深紫外光電器件方面具有巨大的應用潛力。同時，氮化鋁擁有高擊穿電場強度，可達15.4MV/cm，能夠承受更高的電壓，在高功率、高壓應用場景中表現優異。此外，氮化鋁的熱導率極高，達到340W/(m∙K)，在散熱方面優勢顯著，能夠有效解決晶片在高功率執行階段的過熱問題，提高電子裝置的穩定性和可靠性。而且，氮化鋁還具備優異的化學和熱穩定性，以及良好的紫外線透過率。氮化鋁陶瓷基板（來源:中瓷電子官網）氮化鋁的應用領域非常廣泛，在電力電子領域，隨著各行業向電氣化邁進，對高效電力轉換與分配系統的需求日益增長。基於氮化鋁的裝置能夠顯著提升電力轉換與分配系統的能源效率。因其超寬帶隙，可實現耐壓大於10千伏特的裝置，有助於減小系統尺寸並增強控制能力。例如，在電網級應用中，氮化鋁襯底僅需15μm厚度即可滿足10kV變電站需求，相較於傳統材料可減少70%體積。美國佐治亞理工大學指出，氮化鋁是下一代柔性智慧電網的首選半導體材料。此外，有報導指出氮化鋁基功率裝置在DC-DC/DC-AC轉換過程中的能耗損失僅是SiC/GaN的八分之一，在新能源車800V高壓平台下，氮化鋁可使電機控製器效率提升5%，還能使太陽能逆變器的系統損耗降低30%。在微波射頻領域，為實現5G通訊、衛星通訊、相控陣雷達等應用所需的頂級性能，需要解決裝置、模組的散熱和高熱邊界問題。基於氮化鋁平台的裝置能在常用的氮化鎵射頻高電子遷移率晶體管（GaN RF HEMT）之間提供低熱邊界電阻，同時具備高體熱導率，可有效解決射頻元件的熱管理難題。預計未來，使用氮化鋁的5G甚至6G基地台的擴大機效率可突破65%，基地台能耗將下降40%，相控陣雷達的功率密度將提升3倍，探測距離增加50%。在航空航太方面，採用氮化鋁材料可使深地探測器在300℃地熱環境中穩定工作超過10萬小時。氮化鋁還能將太空站電源系統的抗輻射能力提升100倍，壽命延長至15年。但氮化鋁同樣在製備高品質的大尺寸單晶和降低位錯密度方面面臨挑戰。一方面，氮化鋁單晶的生長難度較大，製備大尺寸、高品質的單晶基板成本較高。另一方面，相關的裝置設計和製造工藝也需要不斷創新和改進，以充分發揮氮化鋁的性能優勢。由於氮化鋁與傳統半導體材料的物理化學性質存在差異，現有的半導體製造工藝難以直接應用於氮化鋁裝置的生產，需要開發新的工藝和裝置。在科研領域，氮化鋁不斷取得重要突破。德國弗勞恩霍夫整合系統與裝置技術研究所（Fraunhofer IISB）的研究人員透過優化晶體生長工藝，成功製備出低缺陷密度的氮化鋁外延層。基於此外延層製作的氮化鋁肖特基二極體，在測試中展現出高達2200伏的擊穿電壓，且在高電流密度下仍能維持較低的導通電阻，其功率密度相較於傳統碳化矽和氮化鎵基功率開關元件有顯著提升。美國Crystal IS（旭化成全資子公司）已相繼開發出3吋、4吋氮化鋁單晶襯底樣片。中國的奧趨光電技術（杭州）有限公司也取得了顯著成果，分別成功開發出3英吋氮化鋁單晶和超高深紫外光透過率2英吋單晶襯底。除了最具代表性的三大“猛將”，還有另一類新一代半導體材料名為超窄禁帶半導體材料，以銻化鎵（GaSb）、銻化銦（InSb）等為代表，它們的禁帶寬度在零點幾電子伏特（eV）範圍。這類材料的電子容易被激發躍遷，遷移率高，主要應用於紅外探測、雷射等領域。在紅外探測器中，銻化銦憑藉其高電子遷移率和對紅外光的高靈敏度，能夠實現對微弱紅外信號的快速檢測和精確成像，廣泛應用於工業檢測、醫學成像等領域；銻化鎵則在紅外雷射器的製造中發揮重要作用，可用於光通訊、雷射雷達等應用場景，為實現高精度的距離測量和資訊傳輸提供重要作用。整體來看，新一代半導體材料對於半導體產業的發展具有不可估量的重要性，可望突破現有半導體材料的性能瓶頸，滿足未來電子裝置對高性能、高可靠性、低能耗的需求，推動半導體產業向更高層次發展。但新一代半導體目前的研發都面臨著製備工藝不成熟、成本居高不下、與現有半導體製造工藝的相容性差等關鍵難題。而且，由於新一代半導體材料是新興領域，相關的產業鏈配套不完善，原材料供應、裝置製造、裝置封裝測試等環節都存在不足，限制了產業的快速發展。因此，業界應該更重視新一代半導體材料的研發產業化，促進政產學研用金形成合力，加強協同創新，推動產業的發展。 （中國電子報）

北京大學研究團隊在金剛石薄膜材料製備和應用領域取得重大突破。 12月19日，北京大學東莞光電研究院發佈最新研究成果，該院與南方科技大學、香港大學組成的聯合研究團隊，在金剛石薄膜材料製備和應用方面取得重要進展，成功開發出能夠批次生產大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜的製備方法。 這一發現標誌著在金剛石薄膜技術領域的一大飛躍，為未來金剛石薄膜在電子、光學等多個領域的應用提供了新的可能性。該研究成果於12月18日在國際頂級學術期刊《自然》（Nature）上發表。 目前，超薄金剛石主要通過切片大塊金剛石或在異質基底上通過CVD（化學氣相沉積）生長獲得。但CVD法無法獲得與矽基半導體技術完全相容的大面積、分層形式的金剛石膜，切片法可以產生高品質的單晶金剛石，但該方法不適用於工業應用，因為所獲得膜的尺寸和表面粗糙度受到雷射和聚焦離子束處理的限制。

中國是這些半導體材料的重要產出國。在此之前，中國商務部已經連續三次收緊相關材料的出口 2024年12月3日，中國商務部安全與管制局發佈公告稱，即日起原則上不予許可鎵、鍺、銻、超硬材料相關兩用物項對美國出口；對石墨兩用物項對美國出口，實施更嚴格的終端使用者和最終用途審查。 商務部新聞發言人回應稱，近年來，美方泛化國家安全概念，將經貿科技問題政治化、武器化，濫用出口管制措施，無端限制有關產品對華出口，並將多家中國企業列入制裁清單進行打壓遏制，嚴重破壞國際貿易規則，嚴重損害企業正當合法權益，嚴重破壞全球產業鏈供應鏈穩定。 12月2日，美國商務部工業與安全域（BIS）公佈了對中國半導體出口管制措施新規，除了限制中國半導體產業獲取HBM（高寬頻記憶體）先進技術和實施“長臂管轄”，還將140家中國半導體相關公司列入了“實體清單”，其中包括100多家半導體裝置和工具製造商，這是美國對華晶片制裁有史以來新增“實體清單”公司數量最多、規模最大的一次。