Silikon levhalar yarı iletken malzemelerin temel taşıdır. Önce tek kristaller çekilerek silikon çubuklar haline getirilir, ardından kesilip yapılır. Silisyum atomlarının değerlik elektronlarının sayısı 4 ve sıra sayısı orta olduğundan, silisyumun özel fiziksel ve kimyasal özellikleri vardır ve kimya, fotovoltaik, çip ve diğer alanlarda kullanılabilir. Özellikle çip alanında silikonu çiplerin temel taşı yapan yarı iletken özellikleridir. Fotovoltaik alanında güneş enerjisi üretiminde kullanılabilir. Ayrıca silisyum yerkabuğunun %25,8'ini oluşturur. Madencilik nispeten uygundur ve güçlü bir geri dönüştürülebilirliğe sahiptir, bu nedenle fiyatı düşüktür, bu da silikonun uygulama aralığını daha da arttırır.
1. Silikon – çip malzemelerinin temel taşı Silikon malzemeler, birim hücrelerin farklı düzenlemesine göre tek kristalli silikon ve çok kristalli silikon olarak ikiye ayrılır. Tek kristalli silikon ile çok kristalli silikon arasındaki en büyük fark, tek kristalli silikonun birim hücre düzeninin düzenli, polikristalin silikonun ise düzensiz olmasıdır. Üretim yöntemleri açısından, polikristalin silikon genellikle silikon malzemenin bir potaya doğrudan dökülerek eritilmesi ve ardından soğutulması yoluyla yapılır. Monokristalin silikon, tek bir kristalin çekilmesiyle (Czochralski yöntemi) bir kristal çubuk halinde oluşturulur. Fiziksel özellikler açısından iki tip silikonun özellikleri oldukça farklıdır. Monokristalin silikon, güçlü elektriksel iletkenliğe ve yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliğine sahiptir. Monokristal silisyumun fotoelektrik dönüşüm verimliliği genellikle %17 ila %25 civarındayken, polikristal silisyumun verimliliği %15'in altındadır.
▲Yarı iletken silikon levhalar ve fotovoltaik silikon levhalar
▲Tek kristal silikon birim hücre yapısı
Fotovoltaik silikon levhalar:Fotoelektrik etki ve monokristal silikonun bariz avantajları nedeniyle insanlar güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümünü tamamlamak için silikon levhalar kullanıyor. Fotovoltaik alanda genellikle köşeleri yuvarlatılmış kare monokristal silikon hücreler kullanılır. Daha ucuz çok kristalli silikon plakalar da kullanılır, ancak dönüşüm verimliliği daha düşüktür.
▲Tek kristalli silikon hücrenin önü ve arkası
▲Polikristalin silikon hücrenin ön ve arka kısmı
Fotovoltaik silikon plakaların saflık ve çarpıklık gibi parametreler açısından gereksinimleri düşük olduğundan, üretim süreci nispeten basittir. Monokristalin silikon hücreleri örnek alırsak ilk adım kesip yuvarlamaktır. İlk olarak, monokristalin silikon çubuğu boyut gereksinimlerine göre kare çubuklar halinde kesin ve ardından kare çubukların dört köşesini yuvarlayın. İkinci adım, esas olarak monokristalin kare çubukların yüzey yabancı maddelerini çıkarmak için kullanılan dekapajdır. Üçüncü adım dilimlemedir. Öncelikle temizlenen kare çubukları çalışma tahtasına yapıştırın. Daha sonra çalışma tahtasını dilimleyicinin üzerine koyun ve ayarlanan işlem parametrelerine göre kesin. Son olarak, monokristalin silikon levhaları temizleyin ve yüzey düzgünlüğünü, direncini ve diğer parametreleri izleyin.
Yarı iletken silikon levhalar:Yarı iletken silikon levhalar, fotovoltaik silikon levhalardan daha yüksek gereksinimlere sahiptir. İlk olarak, yarı iletken endüstrisinde kullanılan tüm silikon levhalar, silikon levhanın her pozisyonunda aynı elektriksel özellikleri sağlamak amacıyla monokristalin silikondur. Şekil ve boyut açısından, fotovoltaik monokristalin silikon levhalar kare şeklindedir ve esas olarak kenar uzunlukları 125 mm, 150 mm ve 156 mm'dir. Yarı iletkenler için kullanılan monokristalin silikon levhalar yuvarlak olup, çapları 150 mm (6-inç levhalar), 200 mm (8-inç levhalar) ve 300 mm (12-inç levhalar)'dır. Saflık açısından, fotovoltaikler için kullanılan monokristalin silikon levhaların saflık gereksinimi 4N-6N (%99,99-99.9999%) arasındadır, ancak yarı iletkenler için kullanılan monokristalin silikon levhaların saflık gereksinimi yaklaşık 9N (%99,9999999)-11N (%99,999999999) ve minimum saflık gereksinimi, fotovoltaik için kullanılan monokristalin silikon plakalarınkinden 1000 kat daha fazladır. Görünüm açısından yarı iletkenler için kullanılan silikon levhaların yüzey düzlüğü, pürüzsüzlüğü ve temizliği fotovoltaik için kullanılan silikon levhalara göre daha yüksektir. Saflık, fotovoltaik için kullanılan monokristalin silikon levhalar ile yarı iletkenler için kullanılan monokristalin silikon levhalar arasındaki en büyük farktır.
▲Yarı iletken silikon levha üretim süreci
Moore Yasasının gelişimi silikon levhaların gelişimidir. Yarı iletken silikon levhalar yuvarlak olduğundan, yarı iletken silikon levhalara "silikon levhalar" veya " levhalar" da denir. Gofretler, çip üretimi için "alt tabaka"dır ve tüm çipler bu "alt tabaka" üzerinde üretilir. Yarı iletken silikon plakaların gelişim tarihinde iki ana yön vardır: boyut ve yapı.
Boyut açısından, silikon levhaların geliştirme yolu gittikçe büyüyor: entegre devre geliştirmenin ilk aşamalarında 0.75-inç levhalar kullanıldı. Tek bir levha üzerindeki yonga levha alanını ve yonga sayısını artırmak maliyetleri azaltabilir. 1965 yılı civarında Moore Yasasının tanıtılmasıyla hem entegre devre teknolojisi hem de silikon levhalar hızlı bir gelişme dönemini başlattı. Silikon levhalar 4-inç, 6-inç, 8-inç ve 12-inç düğümlerden geçmiştir. Intel ve IBM, 2001 yılında 12-inç levha çip üretimini ortaklaşa geliştirdiğinden beri, mevcut ana akım silikon levha 12-inç levhalardır ve bunların yaklaşık %70'ini oluştururlar, ancak 18-inç (450 mm) levhalar gündeme alındı.
▲Farklı gofret boyutlarının parametreleri
▲Silikon levha boyutunun geliştirilmesi
Yapı açısından, silikon plakaların gelişim yönü giderek daha karmaşık hale geliyor: entegre devre geliştirmenin ilk aşamalarında yalnızca tek bir tür mantık çipi vardı, ancak uygulama senaryolarının, mantık çiplerinin, güç cihazlarının sayısının artmasıyla birlikte Analog çipler, karışık analog ve dijital çipler, flash/DRAM depolama çipleri, radyo frekansı çipleri vb.'nin birbiri ardına ortaya çıkması, silikon levhaların farklı yapısal formlara sahip olmasına neden oldu. Şimdi esas olarak üç tür var:
PW (Polonya Gofreti):cilalı gofret. Tek kristalleri çektikten sonra doğrudan kesilen silikon levhalar pürüzsüzlük veya eğrilme açısından mükemmel değildir, bu nedenle önce cilalanmaları gerekir. Bu yöntem aynı zamanda silikon plakaları işlemenin en ilkel yoludur.
AW (Tavlamalı Gofret):Tavlanmış gofret. Proses teknolojisinin sürekli gelişmesi ve transistör özellik boyutlarının sürekli olarak azaltılmasıyla birlikte, cilalı levhaların silikon levhaların yüzeyindeki yerel kafes kusurları ve silikon levhaların yüzeyindeki yüksek oksijen içeriği gibi eksiklikleri yavaş yavaş ortaya çıkar. Bu sorunları çözmek amacıyla tavlama levha teknolojisi geliştirilmiştir. Parlatma işleminden sonra silikon levha, yüksek sıcaklıkta tavlama için inert gazla (genellikle argon) doldurulmuş bir fırın tüpüne yerleştirilir. Bu sadece silikon levhanın yüzeyindeki kafes kusurlarını onarmakla kalmaz, aynı zamanda yüzeydeki oksijen içeriğini de azaltır.
EW (Epitaksi Gofret):epitaksiyel silikon levha. Entegre devrelerin uygulama senaryolarının artmasıyla birlikte, silikon levha fabrikalarının ürettiği standart silikon levhalar, artık bazı ürünlerin elektriksel özellikleri açısından gereksinimlerini karşılayamamaktadır. Aynı zamanda, termal tavlama ile azaltılan kafes kusurları giderek küçülen çizgi genişliği gereksinimlerini karşılayamaz. Bu, epitaksiyel silikon levhaların ortaya çıkmasına yol açmıştır. Olağan epitaksiyel katman silikon ince bir filmdir. İnce film biriktirme teknolojisi kullanılarak orijinal silikon levha temelinde bir silikon ince film tabakası büyütülür. Silikon substrat, silikon epitakside bir tohum kristali olarak mevcut olduğundan, epitaksiyel katmanın büyümesi, silikon levhanın kristal yapısını kopyalayacaktır. Substrat silikon levha tek bir kristal olduğundan epitaksiyel katman da tek bir kristaldir. Ancak cilalanmadığı için silikon levhanın büyüdükten sonra yüzeyindeki kafes kusurları çok düşük bir seviyeye indirilebilmektedir.
Epitaksi teknik göstergeleri temel olarak epitaksiyel katman kalınlığını ve tekdüzeliğini, direnç tekdüzeliğini, gövde metal kontrolünü, parçacık kontrolünü, istifleme hatalarını, dislokasyonları ve diğer kusur kontrolünü içerir. Bu aşamada insanlar, epitaksi reaksiyon sıcaklığını, epitaksi gaz akış hızını ve merkez ve kenar sıcaklık gradyanlarını optimize ederek yüksek epitaksiyel silikon levha kalitesine ulaştılar. Farklı ürünler ve teknolojik iyileştirmelere duyulan ihtiyaç nedeniyle, epitaksiyel proses, yüksek epitaksiyel silikon levha kalitesi elde etmek için sürekli olarak optimize edilmiştir.
Ek olarak, mevcut teknoloji, orijinal silikon levhanınkinden farklı direnç katkılama elemanlarına ve katkı konsantrasyonlarına sahip epitaksiyel katmanlar oluşturabilir, bu da büyütülmüş silikon levhanın elektriksel özelliklerinin kontrol edilmesini kolaylaştırır. Örneğin, bir P-tipi silikon levha üzerinde bir N-tipi silikon epitaksiyel katman tabakası oluşturulabilir, böylece düşük konsantrasyonlu katkılı bir PN bağlantısı oluşturulabilir, bu da arıza voltajını optimize edebilir ve sonraki çip üretiminde mandal etkisini azaltabilir. Epitaksiyel tabakanın kalınlığı genel olarak kullanım senaryosuna göre değişmektedir. Genel olarak, mantık çipinin kalınlığı yaklaşık 0,5 mikron ila 5 mikron arasındadır ve güç cihazının kalınlığı, yüksek voltaja dayanması gerektiğinden yaklaşık 50 mikron ila 100 mikron arasındadır.
▲Epitaksiyel silikon levha büyüme süreci
▲Epitaksiyel levhaların farklı katkılanması
SW (SOI Gofret):SOI, Yalıtkan Silikon anlamına gelir. SOI silikon levhalar, küçük parazit kapasitansı, küçük kısa kanal etkisi, yüksek kalıtım yoğunluğu, yüksek hız, düşük güç tüketimi ve özellikle düşük alt tabaka gürültüsü gibi avantajları nedeniyle RF ön uç yongalarında sıklıkla kullanılır.
▲Sıradan silikon MOS yapısı
▲SOI silikon levha MOS yapısı
SOI silikon levhaların üretimi için dört ana yöntem vardır:SIMOX teknolojisi, Bonding teknolojisi, Sim-bond teknolojisi ve Smart-CutTM teknolojisi; SOI silikon levhaların prensibi nispeten basittir ve temel amaç, alt tabakanın ortasına bir yalıtım katmanı (genellikle esas olarak silikon dioksit SiO2) eklemektir.
▲SOI plakalarının üretimi için dört teknoloji
Performans parametreleri açısından Smart-CutTM teknolojisi, mevcut SOI silikon levha üretim teknolojisindeki en mükemmel performanstır. Simbond teknolojisinin performansı Smart-Cut teknolojisinden çok farklı değildir ancak üst silikonun kalınlığı açısından Smart-Cut teknolojisiyle üretilen SOI silikon levha daha incedir ve üretim maliyeti açısından bakıldığında Smart-Cut teknolojisi daha incedir. -Kesme teknolojisi silikon plakaları yeniden kullanabilir. Gelecekteki seri üretim için Smart-Cut teknolojisinin daha fazla maliyet avantajı vardır, bu nedenle endüstri artık genel olarak Smart-Cut teknolojisini SOI silikon levhaların gelecekteki gelişim yönü olarak kabul etmektedir.
▲Farklı SOI levha üretim teknolojilerinin performans karşılaştırması
SIMOX teknolojisi: SIMOX, İmplante Edilmiş Oksijenle Ayırma anlamına gelir. Oksijen atomları levhaya enjekte edilir ve daha sonra yüksek sıcaklıkta tavlanarak çevredeki silikon atomlarıyla reaksiyona girerek bir silikon dioksit tabakası oluşturulur. Bu teknolojinin zorluğu, oksijen iyonu implantasyonunun derinliğini ve kalınlığını kontrol etmektir. İyon implantasyon teknolojisi için yüksek gereksinimlere sahiptir.
Yapıştırma teknolojisi: Yapıştırma teknolojisine yapıştırma teknolojisi de denir. Bağlanarak yapılan SOI silikon levhalara Bonded SOI veya kısaca BSOI da denir. Bağlama teknolojisi, biri bir oksit tabakasıyla (SiO2) büyütülen ve daha sonra başka bir silikon kaynağıyla bağlanan iki sıradan silikon levha gerektirir. Bağlantı oksit tabakasıdır. Son olarak gömülü tabakanın (SiO2) istenilen derinliğine kadar taşlanır ve cilalanır. Bağlama teknolojisi iyon implantasyon teknolojisinden daha basit olduğundan, çoğu SOI silikon levha şu anda bağlama teknolojisi kullanılarak yapılmaktadır.
▲Yalıtkan üzerinde silikon
▲İzolatör üzerinde silikon oluşturmak için levha yapıştırma yöntemi
Sim-bağ teknolojisi:oksijen enjeksiyonlu bağlama teknolojisi. Sim-bond teknolojisi, SIMOX ve bond teknolojisinin birleşimidir. Avantajı, gömülü oksit tabakasının kalınlığının yüksek hassasiyetle kontrol edilebilmesidir. İlk adım, oksijen iyonlarını bir silikon levhaya enjekte etmek, ardından yüksek sıcaklıkta tavlayarak bir oksit tabakası oluşturmak ve ardından silikon levhanın yüzeyinde bir Si02 oksit tabakası oluşturmaktır. İkinci adım, silikon levhayı başka bir levhaya bağlamaktır. Daha sonra mükemmel bir bağlanma arayüzü oluşturmak için yüksek sıcaklıkta tavlayın. Üçüncü adım ise inceltme işlemidir. İnceltme CMP teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilir, ancak bağ teknolojisinden farklı olarak sim-bond, SiO2 katmanına taşlandığında otomatik olarak duracak olan kendi kendini durduran bir katmana sahiptir. Daha sonra SiO2 tabakası aşındırılarak çıkarılır. Son adım cilalamadır.
Akıllı kesim teknolojisi:akıllı soyma teknolojisi. Akıllı kesim teknolojisi yapıştırma teknolojisinin bir uzantısıdır. İlk adım, bir levhayı oksitlemek ve levhanın yüzeyinde sabit bir SiO2 kalınlığı oluşturmaktır. İkinci adım, hidrojen iyonlarını levhanın sabit bir derinliğine enjekte etmek için iyon implantasyon teknolojisini kullanmaktır. Üçüncü adım, başka bir levhayı oksitlenmiş levhaya bağlamaktır. Dördüncü adım, silikon levhanın bir kısmının soyulmasına neden olan hidrojen iyonlarıyla kabarcıklar oluşturmak için düşük sıcaklıkta termal tavlama teknolojisini kullanmaktır. Daha sonra yapışma mukavemetini arttırmak için yüksek sıcaklıkta termal tavlama teknolojisi kullanılır. Beşinci adım silikon yüzeyini düzleştirmektir. Bu teknoloji uluslararası alanda SOI teknolojisinin gelişim yönü olarak tanınmaktadır. Gömülü oksit tabakasının kalınlığı tamamen hidrojen iyonu implantasyonunun derinliği ile belirlenir ki bu daha doğrudur. Üstelik soyulan gofret yeniden kullanılabilir, bu da maliyeti büyük ölçüde azaltır.
▲Yalıtkan üzerinde silikon oluşturmak için SIM bağlama yöntemi
▲Yalıtkan üzerinde silikon oluşturmak için akıllı kesim yöntemi
2. Yüksek bariyerli üretim teknolojisi 1. Üretim teknolojisi
Silikon levhaların hammaddesi, doğada doğrudan çıkarılabilen ve halk arasında kum olarak bilinen kuvarstır. Gofret üretim süreci birkaç adımda tamamlanabilir: temel olarak deoksidasyon ve saflaştırma, polisilikon rafinerisi, tek kristal silikon külçeler (silikon çubuklar), haddeleme, gofret kesme, gofret parlatma, tavlama, test etme, paketleme ve diğer adımlar.
▲CZ (Czochralski) yarı iletken levha üretim süreci
▲CZ Farad tek kristal şeması
Deoksidasyon ve saflaştırma:Silikon levha üretiminde ilk adım kuvars cevherini deoksidize etmek ve saflaştırmaktır. Ana işlemler arasında ayırma, manyetik ayırma, yüzdürme, yüksek sıcaklıkta gaz giderme vb. yer alır. Cevherdeki ana demir ve alüminyum safsızlıkları giderilir.
Polisilikon rafinerisi:Nispeten saf SiO2 elde edildikten sonra kimyasal reaksiyonlarla tek kristal silikon üretilir. Ana reaksiyon SiO2+C→Si+CO'dur. Reaksiyon tamamlandıktan sonra CO doğrudan buharlaşır, böylece yalnızca silikon kristalleri kalır. Şu anda silikon polikristalin silikondur ve çok fazla yabancı madde içeren ham silikondur. Fazla yabancı maddeleri filtrelemek için elde edilen ham silikonun asitle temizlenmesi gerekir. Yaygın olarak kullanılan asitler hidroklorik asit (HCl), sülfürik asit (H2SO4) vb.'dir. Asitte ıslatıldıktan sonra silikon içeriği genellikle %99,7'nin üzerindedir. Asitleme işlemi sırasında demir, alüminyum ve diğer elementler de asit içinde çözülerek filtrelenir. Ancak silikon aynı zamanda asitle reaksiyona girerek SiHCl3 (triklorosilan) veya SiCl4 (silikon tetraklorür) üretir. Bununla birlikte, her iki madde de gaz halindedir, bu nedenle dekapajdan sonra demir ve alüminyum gibi orijinal yabancı maddeler asitte çözünmüş, ancak silikon gaz haline gelmiştir. Son olarak, yüksek saflıkta gaz halindeki SiHCl3 veya SiCl4, yüksek saflıkta polikristalin silikon elde etmek için hidrojen ile indirgenir.
CZ yöntemi tek kristal silikon üretir:silikon levhalar esas olarak mantık ve bellek yongalarında kullanılıyor ve yaklaşık %95'lik bir pazar payına sahip; CZ yöntemi, 1918'de Czochralski'nin erimiş metalden ince filamentler çekmesinden kaynaklanmıştır, dolayısıyla CZ yöntemi olarak da adlandırılır. Bu, günümüzde tek kristal silikon yetiştirmek için kullanılan ana teknolojidir. Ana işlem, polikristalin silikonu bir potaya koymak, onu eritmek için ısıtmak ve ardından tek kristalli silikon tohum kristalini kelepçeleyip potanın üzerine asmaktır. Dikey olarak çekerken bir ucu eriyinceye kadar eriyiğin içine sokulur ve ardından yavaşça döndürülerek yukarı doğru çekilir. Bu şekilde sıvı ve katı arasındaki arayüz yavaş yavaş yoğunlaşarak tek bir kristal oluşturacaktır. Tüm süreç tohum kristalinin kopyalanması süreci olarak görülebileceğinden, üretilen silikon kristali tek kristal silikondur. Ayrıca gofretin katkılanması da tek kristalin çekilmesi işleminde, genellikle sıvı fazda katkılama ve gaz fazında katkılamada gerçekleştirilir. Sıvı faz katkılaması, potaya P tipi veya N tipi elementlerin eklenmesini ifade eder. Tek kristallerin çekilmesi işlemi sırasında bu elemanlar doğrudan silikon çubuğun içine çekilebilir.
▲CZ Faraday tek kristal yöntemi
▲Tek kristali çektikten sonra silikon çubuk
Çap haddeleme:Tek kristali çekme işlemi sırasında tek kristal silikon çubuğun çapını kontrol etmek zor olduğundan, 6 inç, 8 inç, 12 inç vb. gibi standart çapta silikon çubuk elde etmek için. tek kristal, silikon külçenin çapı yuvarlanacaktır. Silikon çubuğun haddelemeden sonraki yüzeyi pürüzsüzdür ve boyut hatası daha küçüktür.
Pah kesme:Silikon külçe elde edildikten sonra gofret kesilir. Silikon külçe sabit bir kesme makinesine yerleştirilir ve belirlenen kesme programına göre kesilir. Silikon levhanın kalınlığı küçük olduğundan kesilen silikon levhanın kenarı çok keskindir. Pah kırmanın amacı düzgün bir kenar oluşturmaktır. Pahlı silikon plakanın merkez gerilimi daha düşüktür, bu da onu daha sağlam hale getirir ve gelecekteki çip üretiminde kırılmasının kolay olmamasını sağlar.
Parlatma:Parlatmanın temel amacı, gofretin yüzeyini daha pürüzsüz, düz ve hasarsız hale getirmek ve her bir gofretin kalınlık tutarlılığını sağlamaktır.
Test ambalajı:Cilalı silikon levhayı elde ettikten sonra, silikon levhanın direnç ve diğer parametreler gibi elektriksel özelliklerinin test edilmesi gerekir. Çoğu silikon levha fabrikasının epitaksiyel levha hizmetleri vardır. Epitaksiyel gofretlere ihtiyaç duyulursa, epitaksiyel gofret büyümesi gerçekleştirilecektir. Epitaksiyel gofrete ihtiyaç duyulmaması durumunda paketlenecek ve diğer epitaksiyel gofret fabrikalarına veya gofret fabrikalarına gönderilecektir.
Bölge eritme yöntemi (FZ):Bu yöntemle yapılan silikon plakalar esas olarak bazı güç çiplerinde kullanılıyor ve yaklaşık %4'lük bir pazar payına sahip; FZ (bölge eritme yöntemi) ile yapılan silikon levhalar esas olarak güç cihazları olarak kullanılır. Ve silikon levhaların boyutu esas olarak 8 inç ve 6 inçtir. Şu anda silikon plakaların yaklaşık %15'i bölge eritme yöntemiyle yapılmaktadır. CZ yöntemiyle yapılan silikon levhalarla karşılaştırıldığında FZ yönteminin en büyük özelliği, nispeten yüksek dirence, daha yüksek saflığa sahip olması ve yüksek gerilime dayanabilmesidir, ancak büyük boyutlu levhaların yapılması zordur ve mekanik özellikleri zayıftır. bu nedenle sıklıkla güç cihazı silikon levhaları için kullanılır ve entegre devrelerde nadiren kullanılır.
Bölge eritme yöntemiyle tek kristal silikon çubukların yapımında üç adım vardır:
1. Polikristalin silikonu ısıtın, tohum kristali ile temas ettirin ve tek kristali çekmek için aşağı doğru döndürün. Vakum veya inert gaz ortamı altındaki bir fırın odasında, polikristalin silikon çubuğunu, ısıtılan alandaki polikristalin silikon eriyip bir erimiş bölge oluşturana kadar ısıtmak için elektrik alanını kullanın.
2. Erimiş bölgeyi tohum kristali ile temas ettirin ve eritin.
3. Elektrik alanı ısıtma konumunu hareket ettirerek, polisilikon üzerindeki erimiş bölge sürekli olarak yukarı doğru hareket ederken, tohum kristali yavaşça dönerek aşağı doğru gerilir ve yavaş yavaş tek bir kristal silikon çubuk oluşturur. Bölge eritme yönteminde pota kullanılmadığı için birçok kirlilik kaynağından kaçınılır ve bölge eritme yöntemiyle çekilen tek kristal, yüksek saflık özelliklerine sahiptir.
▲FZ Farad tek kristal uzay yapısı
▲FZ tek kristal çekmenin şematik diyagramı
2. Üretim maliyeti
Yarı iletken silikon levhalar, yeni enerji silikon levhalara kıyasla saflık ve elektriksel özellikler açısından daha yüksek gereksinimlere sahiptir, bu nedenle üretim sürecinde daha fazla saflaştırma adımı ve ham madde tedariği gerekir, bu da daha çeşitli üretim hammaddeleri ile sonuçlanır. Bu nedenle, silikon malzeme maliyetinin oranı nispeten azalır, ancak üretim giderlerinin oranı nispeten artar.
Yarı iletken silikon plakalar için hammadde maliyeti ana maliyettir ve ana işletme maliyetinin yaklaşık %47'sini oluşturur. İkincisi, yaklaşık %38,6'yı oluşturan imalat giderleridir. Yarı iletken imalat sanayine benzer şekilde, silikon levha sanayi, sabit kıymet yatırımına yönelik talebin yüksek olduğu, makine ve teçhizat gibi sabit kıymetlerin amortismanı nedeniyle yüksek üretim giderleri yaratacak, sermaye yoğun bir sektördür. Son olarak, doğrudan işçilik maliyetleri yaklaşık %14,4'ü oluşturmaktadır.
Silikon levha üretiminin hammadde maliyetleri arasında polisilikon ana hammaddedir ve yaklaşık %30.7'yi oluşturur. İkincisi ise yaklaşık %17,0'lık payla ambalaj malzemeleridir. Yarı iletken silikon levhalar, özellikle kolayca oksitlenen silikon levhalar için temizlik ve vakum açısından yüksek gereksinimlere sahip olduğundan, paketleme gereklilikleri yeni enerji silikon levhalara göre çok daha yüksektir. Bu nedenle maliyet yapısında ambalaj malzemeleri yüksek bir paya sahiptir. Kuvars potalar hammadde maliyetinin yaklaşık %8,7'sini oluşturur. Yarı iletken silikon levha üretiminde kullanılan kuvars pota da tek kullanımlık bir potadır ancak potanın fiziksel ve termal özellikleri daha zorludur. Parlatma sıvısı, taşlama çarkı ve parlatma pedi toplamda %13,8'i oluşturur ve esas olarak silikon levha parlatma işleminde kullanılır.
▲2018 yılı silikon sektörünün işletme maliyet yapısı
▲2018 yılı silikon sektörünün hammadde bileşimi
Üretim maliyetinin yaklaşık %15'ini su ve elektrik maliyetleri oluşturuyor: Üretim maliyetinde, toplam su ve elektrik maliyetleri tüm üretim maliyetinin yaklaşık %15'ini oluşturuyor; bunun yaklaşık %11,4'ünü elektrik maliyetleri, %11,4'ünü ise su maliyetleri oluşturuyor. yaklaşık %3,4. Silikon Sanayi Grubu'nun 2018 yılı mali verilerine göre, karşılık gelen tutarlar açısından elektrik ve su maliyetlerinin toplam maliyeti, polisilikon malzemenin yaklaşık yarısını oluşturan ambalaj malzemelerinin maliyetine eşdeğerdir. Elektrik maliyeti kuvars potalara göre yaklaşık %20 biraz daha yüksektir.
▲2018 yılında silikon endüstrisi üretim maliyetlerinin oranı
▲ Silikon Endüstri Grubu'nun 2018'deki kısmi maliyet bileşimi (Birim: 10,000 yuan)
3, Silikon levha üretiminin önündeki dört engel
Silikon levhalara yönelik engeller, özellikle yarı iletken silikon levhalar için nispeten yüksektir. Dört ana engel vardır: teknik engeller, sertifikasyon engelleri, ekipman engelleri ve sermaye engelleri.
▲ Silikon levha imalat endüstrisinin önündeki ana engeller
Teknik engeller:Silikon levhaların teknik göstergeleri nispeten büyüktür. Yaygın boyut, cila kalınlığı vb.nin yanı sıra silikon levhaların çarpıklığı, direnci, eğriliği vb. de vardır. Ana akım 300 mm silikon levhalar açısından, 200 mm levhalarla karşılaştırıldığında silikon levhalara yönelik ileri süreçlerin yüksek tekdüzelik gereklilikleri nedeniyle, 300 mm silikon levhaların kalite gereksinimlerini izlemek için düzlük, çarpıklık, eğrilik ve yüzey metal kalıntısı gibi parametreler eklenir. . Saflık açısından, gelişmiş proses silikon levhaların 9N (%99,9999999)-11N (%99,999999999) civarında olması gerekir; bu da silikon levha tedarikçileri için ana teknik engeldir.
Silikon levhalar son derece özelleştirilmiş ürünlerdir; saflık, silikon plakaların en temel parametresi ve aynı zamanda ana teknik engeldir. Ayrıca silikon levhalar evrensel ürünler değildir ve kopyalanamaz. Çeşitli levha dökümhanelerindeki büyük silikon levhaların özellikleri tamamen farklıdır ve çeşitli terminal ürünlerinin farklı kullanımları da silikon levhalara yönelik tamamen farklı gereksinimlere yol açacaktır. Bu, silikon levha üreticilerinin farklı son müşteri ürünlerine göre farklı silikon levhalar tasarlamasını ve üretmesini gerektirir, bu da silikon levha tedarikinin zorluğunu daha da artırır.
▲Şirketin faaliyet bölümlerine ilişkin kar tahmini
Sertifikasyon engelleri:Talaş üreticilerinin çeşitli hammaddelerin kalitesi konusunda katı gereksinimleri vardır ve tedarikçi seçiminde çok dikkatli davranırlar. Çip üreticilerinin tedarikçi listesine girmenin önünde yüksek engeller var. Genellikle çip üreticileri, silikon levha tedarikçilerinden deneme üretimi için bazı silikon levhalar sağlamalarını ister ve bunların çoğu, levha seri üretim levhaları için değil, test levhaları için kullanılır. Test gofretlerini geçtikten sonra, küçük seri üretim gofret partileri deneme üretimine tabi tutulacak. Dahili sertifikayı geçtikten sonra çip üreticisi, ürünleri alt müşterilere gönderecektir. Müşteri sertifikasını aldıktan sonra silikon levha tedarikçisi nihayet sertifikalandırılacak ve satın alma sözleşmesi imzalanacak. Yarı iletken silikon levha firmalarının ürünlerinin çip üreticilerinin tedarik zincirine girmesi uzun zaman alıyor. Yeni tedarikçilerin sertifikasyon döngüsü en az 12-18 ay sürer.
Ek olarak, test levhalarından seri üretim levhalara kadar sertifikasyon engelleri: Şu anda, Çin'deki 12-inç levhaların çoğu test levhalarının tedarikinde kalmaktadır, ancak test levhalarına yönelik sertifikasyon prosedürleri, Çin'dekilerden tamamen farklıdır. seri üretim levhalar ve seri üretim silikon levhalar için sertifikasyon standartları daha katıdır. Test silikon levhaları çip üretmediğinden, yalnızca levha dökümhanesinin kendisi tarafından sertifikalandırılmaları gerekir ve yalnızca mevcut üretim tesisinde sertifikalandırılmaları gerekir. Bununla birlikte, seri üretilen silikon plakalar için, bunlar toplu olarak tedarik edilmeden önce terminal fabrikasız müşteriler tarafından sertifikalandırılmalı ve tüm üretim sürecinin tüm adımlarında izlenmelidir. Genel olarak konuşursak, silikon levha tedarikinin ve çip veriminin stabilitesini korumak için. Bir levha üreticisi ile bir silikon levha tedarikçisi bir tedarik ilişkisi kurduğunda, tedarikçilerini kolayca değiştirmeyecekler ve her iki taraf da kişiselleştirilmiş ihtiyaçları karşılamak için bir geri bildirim mekanizması kuracak ve silikon levha tedarikçileri ile müşteriler arasındaki yapışkanlık artmaya devam edecektir. Yeni bir silikon levha üreticisi tedarikçi saflarına katılırsa, orijinal tedarikçiden daha yakın bir işbirliği ilişkisi ve daha yüksek silikon levha kalitesi sağlamalıdır. Bu nedenle, silikon levha endüstrisinde, silikon levha tedarikçileri ile levha üreticileri arasındaki yapışkanlık nispeten büyüktür ve yeni tedarikçilerin bu yapışkanlığı kırmaları zordur.
Ekipman bariyerleri:Silikon levha üretimine yönelik temel ekipman, silikon levhalarda "fotolitografi makinesi" olarak tanımlanabilecek tek kristal fırındır. Uluslararası ana akım silikon levha üreticilerinin tek kristal fırınlarının tamamı kendi imalatıdır. Örneğin Shin-Etsu ve SUMCO'nun tek kristal fırınları şirket tarafından bağımsız olarak tasarlanıp üretilmekte veya holdingin yan kuruluşları aracılığıyla tasarlanıp üretilmektedir ve diğer silikon levha üreticileri bunları satın alamamaktadır. Diğer büyük silikon levha üreticilerinin kendi bağımsız tek kristal fırın tedarikçileri vardır ve katı gizlilik anlaşmaları imzalarlar; bu da harici silikon levha üreticilerinin satın almasını imkansız hale getirir veya yalnızca sıradan tek kristal fırınları satın alabilirler ancak yüksek özellikli tek kristal fırınları tedarik edemezler. . Bu nedenle ekipman engelleri aynı zamanda yerli üreticilerin küresel silikon plakaların ana tedarikçilerine girememelerinin de nedenidir.
Sermaye engelleri:Yarı iletken silikon levhaların üretim süreci karmaşıktır; gelişmiş ve pahalı üretim ekipmanlarının satın alınmasını gerektirir ve ayrıca müşterilerin farklı ihtiyaçlarına göre sürekli değişiklik ve hata ayıklama gerektirir. Ekipman amortismanı gibi yüksek sabit maliyetler nedeniyle, alt talepteki değişiklikler, silikon levha şirketlerinin kapasite kullanımı ve dolayısıyla silikon levha imalat şirketlerinin kârları üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Özellikle silikon levha endüstrisine yeni giren şirketler, ölçekli sevkiyatlara ulaşmadan önce neredeyse zarar eden bir durumdalar ve sermaye engelleri konusunda yüksek gereksinimlere sahipler. Ayrıca, silikon levhalara yönelik levha fabrikalarının uzun sertifikasyon döngüsü nedeniyle, silikon levha üreticilerinin bu dönemde yatırım yapmaya devam etmesi gerekiyor ve bu da çok fazla fon gerektiriyor.
3. Yarı iletken malzemelerin kralı olmaya devam edecek Şu anda yarı iletken levha pazarına silikon malzemeler hakimdir. Silikon malzemeler tüm yarı iletken pazarının yaklaşık %95'ini oluşturur. Diğer malzemeler çoğunlukla bileşik yarı iletken malzemeler, esas olarak ikinci nesil yarı iletken malzeme GaAs levhaları ve üçüncü nesil yarı iletken malzemeler SiC ve GaN levhalardır. Bunların arasında silikon levhalar esas olarak mantık yongaları, bellek yongaları vb.'dir ve en yaygın kullanılan yarı iletken levha malzemeleridir. GaAs levhaları çoğunlukla RF çipleridir ve ana uygulama senaryoları düşük voltaj ve yüksek frekanstır; üçüncü nesil yarı iletken malzemeler çoğunlukla yüksek güçlü ve yüksek frekanslı çiplerden oluşur ve ana uygulama senaryoları yüksek frekans ve yüksek güçtür.
▲Gofret malzeme oranı
▲Farklı malzemelerden yapılmış levhaların uygulama kapsamı
Bileşik yarı iletkenler ve silikon malzemeler rekabetçi bir ilişki içinde değil, tamamlayıcı bir ilişki içindedir; yarı iletken malzemelerin (özellikle levhalar, alt tabakalar ve epitaksiyel levha malzemeleri) gelişim yasaları boyut, hız ve güç olmak üzere üç yolu içerir ve üç yol birinci, ikinci ve üçüncü nesil yarı iletken malzemelere karşılık gelir.
▲Birinci/ikinci/üçüncü nesil malzemelerin performans karşılaştırması
Birinci nesil yarı iletken malzemeler:Büyük boyutlu rota: Birinci nesil yarı iletken malzemeler silikon malzemeleri ifade eder. Silikon malzemeler ilk geliştirilen gofret malzemeleri olup, aynı zamanda bu aşamada en olgun teknolojiye, en düşük maliyete ve en eksiksiz sanayi zincirine sahip malzemelerdir. Aynı zamanda silikon levhaların boyutu arttıkça tek çipin maliyeti de düşüyor. Ana uygulama alanları mantık çipleri ve alçak gerilim, düşük güç alanlarıdır. Silikon levhaların boyutları 2 inç, 4 inç, 6 inç, 8 inç arasında, günümüzün ana akım 12-inç levha teknolojisine kadar değişmektedir. Tipik silikon levha şirketleri arasında Japonya'nın Shin-Etsu Chemical, Sumco vb. firmaları bulunmaktadır. Şu anda, başlıca uluslararası levha fabrikaları ana üretim malzemesi olarak silikon malzemeleri kullanmaktadır.
▲Farklı gofret boyutlarının karşılaştırılması
İkinci nesil yarı iletken malzemeler:yüksek hızlı rota. Çipin RF devresindeki yüksek frekanslı anahtarlamaya dayanabilmesi gerektiğinden, ikinci nesil yarı iletken levha icat edildi. Ana uygulama alanı RF devresidir ve tipik terminal alanı, cep telefonları gibi mobil terminallerin RF çipidir. İkinci nesil yarı iletken esas olarak GaAs (galyum arsenit) ve InP (indiyum fosfit) ile temsil edilir; bunların arasında GaAs günümüzde yaygın olarak kullanılan mobil terminal RF çip malzemesidir. Tipik dökümhane şirketleri arasında RF çip IDM şirketleri olan Taiwan Win Semiconductors, Macronix, Skyworks, Qorvo vb. yer alır. Mevcut ana akım 4-inç ve 6-inç levhalardır.
Üçüncü nesil yarı iletken malzemeler:Yüksek güçlü rota: neredeyse aynı başlangıç noktasında, en fazla fırsatla. Üçüncü yol ise gücün arttırılmasıdır, bu da yüksek güçlü devreler alanında yaygın olarak uygulanmasını teşvik edecektir. Ana malzemeler SiC ve GaN'dir. Ana terminaller endüstriyel, otomotiv ve diğer alanlardır. Güç rotası, silikon malzemeler üzerinde IGBT çipleri geliştirirken SiC (silisyum karbür) ve GaN (galyum nitrür) malzemeleri IGBT'den daha yüksek performansa sahiptir. Şu anda, SiC levhalar esas olarak 4-inç ve 6-inçtir ve GaN malzemeleri esas olarak 6-inç ve 8-inçtir. Dünyanın en büyük dökümhaneleri arasında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Cree ve Wolfspeed ve Almanya'daki X-Fab bulunmaktadır. Ancak bu alanda uluslararası devlerin gelişimi de nispeten yavaş. Sanan Optoelektronik gibi yerli şirketler, teknoloji düzeyinde hala belli bir boşluk olmasına rağmen, tüm sektörün başlangıç aşamasındadır ve büyük olasılıkla yabancı tekelini kırarak uluslararası enerji dökümhanesi haritasında yer alacaktır.
Bileşik malzemeler silikon alt tabakalar gerektirir:Her ne kadar şu anda Xiaomi, OPPO ve Realme tarafından piyasaya sürülen GaN şarj cihazları gibi çok sayıda SiC ve GaN yonga yongası mevcut olsa da Tesla'nın piyasaya sürdüğü model3, IGBT yerine SiC MOSFET kullanıyor. Bununla birlikte, levhalar için, çoğu tüketici bileşiği yarı iletken yongası şu anda substrat olarak silikon levhalar kullanıyor ve daha sonra bileşik epitaksiyel levhalar yapıyor ve daha sonra epitaksiyel levhalar üzerinde çipler yapıyor.
Bileşik yarı iletken levhaların maliyeti nispeten yüksektir:Şu anda, bileşik yarı iletken sanayi zincirinin eksikliği nedeniyle, bileşik yarı iletken üretim kapasitesi düşüktür ve bileşik yarı iletken levhaların fiyatı nispeten yüksektir. Bu, son kullanıcı kabulünün düşük olmasına yol açar ve tüketici elektroniği için ana çözüm hâlâ "silikon substrat + bileşik epitaksiyel levha"dır. Otomotiv alanında silikon bazlı IGBT hâlâ ana çözümdür. Silikon bazlı IGBT yongaları düşük maliyetlere ve çok çeşitli isteğe bağlı voltajlara sahiptir. SiC MOSFET cihazlarının fiyatı silikon bazlı IGBT'lerin fiyatının 6 ila 10 katıdır. SiC-MOSFET ve Si-IGBT'nin performans parametreleri Infineon'un 650V/20A teknik parametreleri altında karşılaştırıldığında, SiC-MOSFET performans parametreleri açısından Si-IGBT'den hala üstündür ancak fiyat açısından SiC-MOSFET, SiC-MOSFET'in 7 katıdır. Si-IGBT. Üstelik SiC cihazlarının direnci azaldıkça SiC-MOSFET'in fiyatı katlanarak artıyor. Örneğin açık direnç 45 miliohm olduğunda SiC-MOSFET yalnızca 57,6 dolar, açık direnç 11 miliohm olduğunda fiyatı 159,11 dolar ve açık direnç 6 miliohm'a eşit olduğunda fiyat şu seviyeye ulaştı: 310,98 dolar.
▲Infineon SiC-MOSFET ve Si-IGBT Karşılaştırması
▲Infineon SiC-MOSFET fiyatı ve direnç ilişkisi
4, Yurtiçi çabalar büyük bir pazar potansiyeli yarattı.
1. Silikon levha pazarı bir büyüme döngüsüne giriyor.
Yarı iletken imalat malzemelerinin oranı her geçen yıl artmaktadır. Yarı iletken malzemeler ambalaj malzemeleri ve imalat malzemeleri (silikon levhalar ve çeşitli kimyasallar vb. dahil) olarak ikiye ayrılabilir. Uzun vadede yarı iletken imalat malzemeleri ve ambalaj malzemeleri aynı trenddedir. Ancak 2011 yılından bu yana ileri süreçlerin sürekli gelişmesiyle birlikte yarı iletken imalat malzemelerinin tüketimi giderek artmış ve imalat malzemeleri ile ambalaj malzemeleri arasındaki boşluk giderek artmıştır. 2018 yılında imalat malzemeleri satışı 32,2 milyar ABD doları, ambalaj malzemeleri satışı 19,7 milyar ABD doları, imalat malzemeleri ise ambalaj malzemelerinin yaklaşık 1,6 katıydı. Yarı iletken malzemeler arasında imalat malzemeleri yaklaşık %62'sini, ambalaj malzemeleri ise %38'ini oluşturur.
▲2018 yılında yarı iletken malzeme tüketiminin oranı
▲Yarı iletken imalat malzemesi maliyet oranı
Silikon levhalar, yarı iletken imalatındaki en büyük sarf malzemeleridir; İmalat malzemeleri arasında, yarı iletkenlerin hammaddesi olan silikon levhalar %37'ye ulaşarak en büyük oranı oluşturuyor. Lee Sedol'un "AlphaGo"ya yenildiği 2017 yılından bu yana, yapay zekanın önderlik ettiği yeni yıldız teknolojileri, küresel yarı iletkenlerin gelişimini yönlendiren ana teknolojiler oldu. Özellikle 2018 yılında, blockchain teknolojisinin ortaya çıkışıyla birlikte belleğe olan küresel talep arttı ve silikon plakalara olan talep rekor seviyeye ulaştı. Küresel yarı iletken sevkiyatlarındaki artış, silikon levha sevkiyatlarındaki hızlı artışı da tetikledi. Sevkiyat açısından bakıldığında, 2018 yılında küresel silikon levha sevkiyat alanı ilk kez 10 milyar inç kareyi aşarak 12,7 milyar inç kareye ulaştı. 2019 yılında yılın ilk yarısında yaşanan ticari sürtüşmeler nedeniyle sevkiyat alanı 11,8 milyar inç kareye düştü. Pazar cirosu açısından bakıldığında, 2018 yılında küresel pazar satışları 11,4 milyar ABD doları iken, 2019 yılında 11,2 milyar ABD dolarına ulaştı.
▲2009-2019 Küresel Silikon Gofret Gönderi Alanı
▲2009-2019 Küresel Silikon Gofret Satışları
Plaka segmentasyonu açısından bakıldığında, ikinci nesil ve üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin yüksek maliyeti ve çoğu bileşik yarı iletkenin silikon plakalara dayanması nedeniyle, silikon plakalar küresel plaka substratlarının %95'ini oluşturur. Belirli levha boyutları açısından bakıldığında, 12-inç levhalar küresel silikon levhaların ana türüdür. 2018 yılında, 12-inç levhalar küresel silikon levha sevkiyatlarının %64'ünü, 8-inç levhalar ise %26'sını oluşturdu.
▲Boyuta göre silikon levha sevkiyat oranı
Terminal uygulamaları açısından bakıldığında, 12-inç yonga levhaların küresel tüketimi temel olarak bellek yongalarıdır; Nand Flash ve DRAM bellek toplamda yaklaşık %75'i oluşturur; Nand Flash yonga levhaların yaklaşık %33'ünü tüketir ve Nand Flash Flash, akıllı telefon pazarındaki alt pazarın %35'ine sahiptir. Akıllı telefon sevkiyatlarındaki ve kapasitedeki artışın, 12-inç gofret sevkiyatını yönlendiren ana faktör olduğu görülebilmektedir. 12-inç yonga levhalar arasında mantık çipleri yaklaşık %25'ini, DRAM yaklaşık %22,2'sini ve CIS gibi diğer çipler yaklaşık %20'sini oluşturur.
2. Çin'in yarı iletken silikon levha pazarında büyük bir alan var
Çin'in yarı iletken malzeme pazarı istikrarlı bir şekilde büyüdü. 2018 yılında küresel yarı iletken malzeme satışları yıllık %10,7 artışla 51,94 milyar ABD dolarına ulaştı. Bunların arasında Çin'in satışları 8,44 milyar ABD dolarıydı. Küresel pazarın aksine, Çin'in yarı iletken malzeme satışları 2010'dan bu yana artıyor ve 2016'dan 2018'e kadar art arda üç yıl boyunca %10'dan fazla bir oranda arttı. Küresel yarı iletken malzeme pazarı, özellikle Tayvan'da döngüsel faktörlerden büyük ölçüde etkileniyor. Dalgalanmaların büyük olduğu Çin ve Güney Kore. Kuzey Amerika ve Avrupa pazarları neredeyse sıfır büyüme durumunda. Japonya'nın yarı iletken malzemeleri uzun süredir negatif bir büyüme durumunda. Küresel olarak yalnızca Çin ana karasındaki yarı iletken malzeme pazarı uzun vadeli bir büyüme penceresindedir. Çin yarı iletken malzeme pazarı, küresel pazarla keskin bir tezat oluşturuyor.
▲Küresel yarı iletken malzeme satışları ve büyüme oranı (milyar ABD doları cinsinden)
▲Ülke ve bölgeye göre yarı iletken malzemelerin yıllık satışı (Birim: milyar ABD doları)
Küresel yarı iletken malzemeler yavaş yavaş Çin ana kara pazarına kayıyor. Çeşitli ülke ve bölgelerin satış payından ilk üç ülke veya bölgenin 2018 yılındaki payı %55 olup, bölgesel yoğunlaşma etkisi açıkça görülmektedir. Bunların arasında Tayvan ve Çin, küresel gofret üretim kapasitesinin yaklaşık %23'ünü oluşturuyor ve bu da onu dünyadaki en büyük üretim kapasitesine sahip bölge haline getiriyor. Yarı iletken malzeme satışları 11,4 milyar ABD Doları olup, dünya satışlarının %22'sini oluşturarak birinci sırada yer almaktadır ve art arda dokuz yıl boyunca dünyanın en büyük yarı iletken malzeme tüketim bölgesi olmuştur. Güney Kore, küresel levha üretim kapasitesinin yaklaşık %20'sini oluştururken, yarı iletken malzeme satışı 8,72 milyar ABD doları olup %17'lik payla ikinci sırada yer almaktadır. Anakara Çin, küresel üretim kapasitesinin yaklaşık %13'ünü oluştururken, yarı iletken malzeme satışı 8,44 milyar ABD doları olup, dünyanın yaklaşık %16'sını oluşturarak üçüncü sırada yer almaktadır. Ancak uzun vadede, yarı iletken malzemelerin Çin anakarasındaki pazar payı her geçen yıl artarak 2007'deki %7,5'ten 2018'de %16,2'ye yükseldi. Küresel yarı iletken malzemeler yavaş yavaş Çin anakarası pazarına kayıyor.
▲ 2018 yılında ülke ve bölgeye göre satış payı
▲ Çin ana karasındaki yarı iletken malzeme satışları ve payı (milyar ABD doları cinsinden)
Küresel gofret üretim kapasitesi patlayıcı bir büyümenin habercisi olacak. Günümüzün gofret fabrikalarında en ileri teknolojiyi temsil eden 12-inç gofret fabrikası, dünya çapında her yıl ortalama 8 12-inç gofret fabrikasının eklenmesiyle 2017'den 2019'a kadar yapımında zirveye ulaştı. 2023 yılına kadar dünyada 138 12-inç gofret fabrikalarının olacağı tahmin ediliyor. IC Insight istatistiklerine göre, 2019 yılının ilk yarısında Çin-ABD ticaret savaşının belirsizliği nedeniyle dünya çapındaki büyük gofret fabrikaları kapasite artırım planlarını erteledi ancak iptal etmedi. 2019'un ikinci yarısında Çin-ABD ticaretinin toparlanması ve 5G pazarının devreye girmesiyle birlikte küresel gofret üretim kapasitesi 2019 yılında da 7,2 milyon adetlik artışını sürdürdü. Bununla birlikte, 5G pazarındaki değişim dalgasının gelmesiyle birlikte, küresel levha üretim kapasitesi, üç yılda sırasıyla 17,9 milyon adet, 20,8 milyon adet ve 14,4 milyon adetlik artışla 2020'den 2022'ye kadar yükselişin zirve dönemini başlatacak. 2021'de rekor seviyeye ulaşacak. Bu levha kapasiteleri Güney Kore'de (Samsung, Hynix), Tayvan'da (TSMC) ve anakara Çin'de (Yangtze River Storage, Changxin Storage, SMIC, Huahong Semiconductor, vb.) olacak. Anakara Çin, kapasite artışının %50'sini oluşturacak.
▲Dünya çapında 12-inçlik gofret fabrikası sayısı, 2002-2023
▲ Küresel üretim kapasitesi artışı (birim: milyon adet/yıl, 8-inç eşdeğeri gofret)
Çin ana karasındaki gofret fabrikalarının inşası hızlı bir büyüme dönemini başlatacak. 2016 yılından bu yana Çin anakarası, levha fabrikalarının inşasına aktif olarak yatırım yapmaya başladı ve bir fabrika inşaatı dalgası başlatıldı. SEMI'nin tahminine göre, 2017'den 2020'ye kadar dünyada 62 gofret fabrikası inşa edilecek ve üretime alınacak; bunların 26'sı Çin'de olacak ve toplamın %42'sini oluşturacak. 2018 yılındaki inşaat sayısı 13 olup genişlemenin %50'sini oluşturdu. Genişlemenin sonucu, levha fabrikaları için sermaye harcamalarında ve ekipman harcamalarında bir artışa yol açacaktır. SEMI'ye göre, 2020 yılına kadar Çin ana karasındaki levha fabrikasının kurulu kapasitesi, 2015'teki 2,3 milyona kıyasla ayda 4 milyon 8-inç eşdeğer levhaya ulaşacak ve yıllık bileşik büyüme oranı %12 olacak. diğer bölgelere göre çok daha yüksektir. Aynı zamanda Ulusal Büyük Fon yarı iletken imalat sanayine de büyük yatırımlar yaptı. Büyük Fon'un yatırımının ilk aşamasında imalat sanayinin payı %67'ye kadar yükseldi; bu oran tasarım sektörü ile paketleme ve test sanayinin çok üzerindeydi.
▲2010-2020 Çin'in yarı iletken levha fabrikası yatırımı (Birim: 100 milyon ABD Doları)
▲Ulusal Büyük Fon'un ilk aşamasının yatırım oranı
2019 sonu itibarıyla, Çin'de hâlâ inşaat veya planlama aşamasında olan 9 8-inç gofret fabrikaları ve 10 12-inç gofret fabrikaları bulunmaktadır. Buna ek olarak, Çin'in 12-inçlik gofret fabrikalarının çoğu şu anda deneme üretiminde veya küçük seri üretimde olduğundan, üretim kapasitesinin en altında bulunuyorlar. Müşterilerden ürün doğrulaması ve pazar doğrulaması alındıktan sonra, üretim kapasitesi bir artış aşamasına girecek ve ham maddelere yönelik büyük bir talep ortaya çıkacak.
▲Çin'deki yeni gofret fabrikaları
5G'nin popülaritesi, terminallerdeki silikon içeriğinin artmasına yol açtı: iPhone 3 ile başlayan akıllı telefon çağından, iPhone 5'in temsil ettiği 4G cep telefonlarına ve son olarak da günümüzün 5G cep telefonu çağına kadar. Cep telefonlarının silikon içeriği artmaya devam ediyor. Tech Insights ve iFixit gibi organizasyonların parçalanarak cep telefonlarının malzeme maliyet analizine göre, cep telefonu işlemcileri (AP), temel bant işleme çipleri (BP), bellek (Nand flash) gibi cep telefonlarının ana çiplerinin birim değeri. , DRAM), kamera modülleri (CIS), radyo frekans çipleri (RF), güç yönetimi çipleri (PMIC), Bluetooth/wifi çipleri vb., kademeli bir artış göstermiş ve ünitenin toplam değerinin oranı artmıştır. yıldan yıla. Her ne kadar iPhone X aşamasında ekrandaki değişiklikler nedeniyle çiplerin oranı azalmış olsa da, ardından gelen sürekli optimizasyonla çip maliyetlerinin oranı da yıldan yıla arttı. 4G cep telefonlarının zirvesi olan iPhone 11 pro max döneminde ana çiplerin oranı %55'e ulaştı ve tek bir birimin değeri yaklaşık 272 ABD doları oldu. iPhone 3'ten iPhone 11 Pro Max'e geçişte cep telefonu kamerası tek çekimden 3 çekime değiştirildi, gövde hafızası 8 GB'tan 512 GB'a çıkarıldı, birim başına silikon içeriği oranı %37'den %55'e çıktı ve birim başına değer 68 ABD Dolarından 272 ABD Dolarına yükseldi.
2020, 5G cep telefonlarının seri üretiminin ilk yılıdır. Piyasaya sürülen Samsung S20 ve Xiaomi 10 cep telefonlarının söküm analizine göre, ana çiplerin birim başına değeri ve oranı 4G cep telefonlarına göre daha da arttı. Samsung için ana çipler, toplam malzeme maliyetinin %63,4'ünü oluşturuyor ve birim başına değer, iPhone 11 Pro Max'ten %23 daha yüksek olan 335 ABD dolarına ulaştı. Xiaomi için ana çiplerin oranı daha da yüksek, %68,3'e ulaştı ve ana çiplerin birim başına değeri de 300 ABD dolarına ulaştı. Samsung S20 ve Xiaomi 10'un parçalarına ayrılmasına göre, ilk 5G cep telefonlarındaki ana çiplerin yaklaşık %65~%70 oranında olacağı ve tek bir makinenin değerinin {{18} ABD Doları civarında olacağı tahmin ediliyor. }.
▲ Ana akım akıllı telefonların ürün reçetesi maliyet dökümü
▲ Farklı cep telefonlarındaki ana çiplerin maliyet oranı
Plaka fabrikalarının inşası, silikon plakalara olan talebi arttırmaktadır: Plaka fabrikası kapasitesinin genişlemesi, kaçınılmaz olarak silikon plakalara olan talebin artmasına yol açacaktır. Şu anda Çin, levha fabrikalarına büyük yatırımlar yaparak Yangtze Bellek Teknolojileri ve Hefei Changxin'in hakim olduğu bir bellek endüstrisi, SMIC'in hakim olduğu bir mantık çipi endüstrisi, Huahong Semiconductor ve Jetta Semiconductor'ın hakim olduğu bir özel proses üretim hattı ve bir güç cihazı dökümhanesi oluşturdu. China Resources Microelectronics ve Silan Microelectronics'in hakimiyetindedir. Şu anda, 2017/2018 döneminde Çin ana karasındaki silikon levha satışlarının büyüme oranı %40'ın üzerindedir. Ve büyük fon yatırımı ve yerli ikame trendinden yararlanan alt kesimdeki levha fabrikaları, üretim kapasitelerini tamamen genişleterek, yukarı yönlü silikon levhalara olan talebin artmasına neden oldu. SUMCO'nun tahminine göre, 2020 yılında Çin ana karasındaki 8-inç silikon levha talebi yaklaşık 970000 parça olacak ve 12-inç levha talebi 1,05 milyon parçaya ulaşacak.
▲Çin ana karasındaki silikon levha satışları ve büyüme oranı (Birim: milyar ABD Doları)
▲Çin ana karasındaki silikon levha talebindeki değişiklikler (birim: 10,000 parça/ay)
Fiyat artış döngüsü + gelişmiş süreç "fiyat" artışını teşvik ediyor: Tarihsel silikon levha fiyat hesaplamasına göre, şu anda yeni bir fiyat artış döngüsünün başlangıcında. 2009'dan 2011'e kadar akıllı telefonlar hızla popüler hale geldi, cep telefonlarının silikon içeriği arttı ve silikonun birim alan fiyatı artmaya devam ederek 2011'de inç kare başına 1,09 dolara ulaştı. Daha sonra Silikon levha stoklarındaki artış ve akıllı telefon satışlarındaki düşüşle birlikte birim alan başına silikon levha fiyatı düşmeye devam etti ve 0,67 dolar/inç kare ile 2016 yılının en düşük noktasına ulaştı. 2016 yılında Google'ın "AlphaGo"su Lee Sedol'u mağlup ederek yapay zekanın tarih sahnesine çıkmasını sağladı. Silikon levhalara yönelik küresel talep arttı ve yeni bir fiyat artış döngüsüne girdi. 2019 yılında 5G cep telefonlarının piyasaya sürülmesiyle birlikte silikon levhaların birim alan fiyatı 0,94 dolara ulaştı. 2020'de 5G cep telefonlarının büyük ölçekli olarak piyasaya sürülmesiyle birlikte, silikon plakalara yönelik küresel talebin artmasıyla birlikte, gelecekte 2-3 yıllık fiyat artışı alanı olması bekleniyor.
Gelişmiş süreçler fiyatları artırıyor; yarı iletken silikon plakalar, çip üretiminin temel malzemesidir ve kalitedeki herhangi bir dalgalanma, çipler üzerinde ciddi bir etkiye sahip olacaktır. Gelişmiş süreçlerin sürekli gelişmesiyle birlikte, yarı iletken silikon levhalara yönelik safsızlık gereksinimleri giderek artıyor. Daha yüksek gereksinimler, silikon levhaların üretim sürecini giderek daha da zorlaştırıyor, dolayısıyla fiyat da giderek artıyor. Örneğin, aynı 12-inçlik silikon levha için, 7 nm proses silikon levhaların fiyatı, 90 nm silikon levhaların fiyatının 4,5 katıdır. Şu anda, Çin ana karasındaki levha fabrikaları çoğunlukla 12-inç levhalardan inşa ediliyor ve silikon levhaların fiyatı 8-inç levhalardan çok daha yüksek. Aynı zamanda, SMIC ve Huahong Semiconductor tarafından temsil edilen mantıksal çip dökümhaneleri, süreci kademeli olarak 28nm'den 16/14nm sürecine aktardı ve bu da silikon levhaların genel fiyatını artırdı.
12-inç üretim hattının dünyada ilk kez 2000 yılında açılmasından bu yana pazar talebi önemli ölçüde arttı. 2008 yılında sevkiyat hacmi ilk kez 8-inçlik silikon levhaları aştı ve 2009'da diğer boyutlardaki silikon levhaların sevkıyat alanının toplamını aştı. 2016'dan 2018'e kadar yapay zeka, bulut bilişim ve blockchain gibi gelişmekte olan pazarların hızlı gelişimi nedeniyle, 12-inçlik silikon plakaların bileşik yıllık büyüme oranı %8'di. Gelecekte, 12-inçlik silikon levhaların pazar payı artmaya devam edecek. SUMCO verilerine göre, önümüzdeki 3-5 yıl içinde 12-inç silikon levhaların küresel arz ve talebinde hâlâ bir boşluk olacak ve yarı iletkenin refahı arttıkça bu boşluk giderek büyüyecek. döngüsü artar. 2022 yılına gelindiğinde ayda 1000 bin boşluk olacak. Dünyada yeni ortaya çıkan bir yarı iletken üretim üssü olarak Çin'in büyük silikon levha boşluğu, silikon levha yerelleştirme hızını artıracak.
SUMCO istatistiklerine göre, 2018 yılında Çin ana karasındaki silikon levha satış miktarı, bir önceki yıla göre %45 artışla yaklaşık 930 milyon ABD doları oldu ve bu da onu dünyanın en hızlı büyüyen silikon levha pazarı haline getirdi. 2020-2022'daki Yangtze Belleği, SMIC ve Changxin Depolama gibi büyük yonga levha fabrikalarının genişleme planlarından yararlanılıyor. 2022 yılı sonuna kadar, Çin ana karasındaki eşdeğer 12-inçlik silikon levhalara olan talebin, 20 milyar yuan'lık bir pazar alanıyla ayda 2,01 milyona ulaşacağı tahmin ediliyor.
Sibranch, yarı iletken sektörünün üçüncü transferini alan ülkemin küresel pazardaki yarı iletken satış payının artmaya devam ettiğine inanıyor. Ayrıca ülkem dünyanın en büyük tüketici elektroniği ürünleri üreticisi, ihracatçısı ve tüketicisi olup yarı iletken ürünlere büyük bir talep bulunmaktadır. Bu nedenle yerelleştirme düzeyinin endüstriyel güvenlik üzerinde büyük etkisi olacaktır. Gofret imalat malzemesi pazarının en büyük ve en temel çeşidi olan ülkemde silikon gofret alanında eksiklikler mevcut olup, bu durum büyük silikon gofretlerde daha belirgindir. Bununla birlikte, ulusal politikaların ve fonların desteğiyle birçok Çinli şirket üretim hatları planladı ve büyük yarı iletken silikon levhalar döşedi.