电子特气行业深度报告：小荷才露尖尖角电子特气国产化迎历史性机遇-20200228-光大证券-67页.pdf

敬请参阅最后一页特别声明-1-证券研究报告 2020 年 2 月 28 日 石油化工 小荷才露尖尖角，电子特气国产化迎历史性机遇 电子特气行业深度报告 行业专题 电子特气被称为半导体材料的电子特气被称为半导体材料的“粮食”和“粮食”和“源”。“源”。在微电子、光电子器件生产过程中，从芯片生长到最后器件的封装，几乎每一步、每一个环节都离不开电子气体，因此电子气体被称为半导体材料的“粮食”和“源”。电子气体成本占 IC 材料总成本的 5%-6%，虽然看似占比不大，但是很大程度上决定了半导体器件性能的好坏。电子气体纯度每提高一个数量级，都会极大地推动半导体器件质的飞跃。电子特气行业的技术壁垒。电子特气行业的技术壁垒。一是深度提纯技术难度较大。以硅烷为例，将其纯度由 4N 提纯到 6N 中间有漫长的道路，除了要解决普通气态杂质的纯化问题，还要将金属元素净化到 10-9级至 10-12级。二是包装和储运跟不上。超高纯气体的生产和应用都要求使用高质量的气体包装储运容器、相应的气体输送管线、阀门和接口，以避免二次污染的发生。三是分析检验观念落后。国内对电子气体生产应用领域分析检测技术研究开发尚不够重视。目前部分产品国产化已获突破。目前部分产品国产化已获突破。目前国内在高纯硅烷、高纯氨、高纯笑气、氖气、高纯 CL2、高纯砷烷和高纯锗烷等均获得突破。截至 2019年，半导体制程过程中用到的 83 种电子气体，其中有 35%已经实现本土化，还有 35%正在本土化，30%还未进行本土化。但大部分本土电子气体的生产和供应商规模较小，不能够为用户提供全方位的服务，目前大多通过低价竞争的方式占领较小的市场份额，利润很薄，甚至亏损。另外，知识产权的保护也形同虚设。投资建议：电子特气行业从业者较多，主要的参与者有中船重工第七一八研究所、南大光电、巨化股份、华特气体、中昊光明化工、洛阳黎明化工、佛山华特气体、绿菱电子和大连科利德等。我们看好电子特气行业我们看好电子特气行业未来的发展空间，相关上市公司有望充分受益，对电子特气子行业予以未来的发展空间，相关上市公司有望充分受益，对电子特气子行业予以“增持”评级。重点推荐标的：和远气体、华特气体、雅克科技、昊华“增持”评级。重点推荐标的：和远气体、华特气体、雅克科技、昊华科技和南大光电。科技和南大光电。其中和远气体和华特气体在近期已完成招股上市，其募投项目都将大幅提升公司的工业气体产能；半导体材料龙头雅克科技因下游半导体制造企业的技术突破和半导体国产化进程有望营收持续走高；昊华科技主要得益于未来 5G 建设和军工业务发展，公司未来发展可期；专注于电子特气研发的南大光电现已形成了 35 吨高纯磷烷、15 吨高纯砷烷的生产能力，并在今年开始扩产，未来发展可期。风险分析：电子产品需求增长低于预期，进口替代进程低于预期。证券证券 代码代码 公司公司 名称名称 股价股价（元）（元）EPS（元）（元）PE（X）投资投资 评级评级 18A 19E 20E 18A 19E 20E 002971 和远气体 26.89 0.47 0.54 0.71 57 50 38 增持 688268 华特气体 65.00 0.57 0.65 0.96 115 101 67 增持 002409 雅克科技 41.50 0.29 0.55 0.75 145 76 56 增持 600378 昊华科技 21.70 0.59 0.60 0.69 37 36 31 增持 300346 南大光电 29.41 0.13 0.13 0.26 234 225 112 增持 资料来源：Wind，光大证券研究所预测，股价为 2020 年 2 月 27 日收盘价 电子特气：增持（首次）分析师 赵乃迪 010-56513000 执业证书编号：S0930517050005 裘孝锋 021-52523535 执业证书编号：S0930517050001 石油化工行业与上证指数对比图 资料来源：Wind 2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-2-证券研究报告 投资聚焦投资聚焦 报告背景报告背景 在微电子、光电子器件生产过程中，从芯片生长到最后器件的封装，几乎每一步、每一个环节都离不开电子气体，因此电子气体被称为半导体材料的“粮食”和“源”。电子气体成本占 IC 材料总成本的 5%-6%，虽然看似占比不大，但是很大程度上决定了半导体器件性能的好坏。电子气体纯度每提高一个数量级，都会极大地推动半导体器件质的飞跃。电子特气行业的技术壁垒：一是深度提纯技术难度较大。以硅烷为例，将其纯度由 4N 提纯到 6N 中间有漫长的道路，除了要解决普通气态杂质的纯化问题，还要将金属元素净化到 10-9级至 10-12级。二是包装和储运跟不上。超高纯气体的生产和应用都要求使用高质量的气体包装储运容器、相应的气体输送管线、阀门和接口，以避免二次污染的发生。三是分析检验观念落后。国内对电子气体生产应用领域分析检测技术的研究开发工作不够重视。我们区别于市场的观点我们区别于市场的观点 国内电子特气的市场规模在 2010 年至 2018 年期间一直维持着高速的增长，在 2018 年已达 121.56 亿元。目前全球主要的跨国气体公司均在中国设有生产基地，国内近 85%的电子气体市场被外资企业垄断，电子特气的国产化需求迫在眉睫。目前国内在高纯硅烷、高纯氨、高纯笑气、氖气、高纯 CL2、高纯砷烷和高纯锗烷等已实现突破。本土化进程在不断推进，但因本土电子气体的生产和供应商规模较小、利润薄，且知识产权的保护不足等潜在问题，市场对其发展力度信心不足，大多持保守态度。我们认为，国内电子气体企业现已顺利国产化多种核心气体，并借此进一步抢占了一定份额的国内外市场，随着国家政策利好的推动和技术革新的促进，国产化进程有望得到进一步提升。投资建议投资建议 电子特气行业从业者较多，近期我们主要推荐和远气体、华特气体、雅克科技、昊华科技和南大光电。其中和远气体和华特气体在近期刚完成招股上市，其募投项目都将大幅提升公司的工业气体产能。而半导体材料龙头雅克科技也因下游半导体制造企业的技术突破和半导体国产化进程有望营收持续走高；氟系龙头昊华科技主要得益于未来 5G 建设和军工业务发展，公司未来发展可期；另外，专注于电子特气研发的南大光电现已形成了 35 吨高纯磷烷、15 吨高纯砷烷的生产能力，并在今年开始扩产，预计其磷烷砷烷产能将在现有基础上翻倍。万得资讯rMtPpNxPuM8OdN6MsQoOsQpPfQnNmPiNoOpN6MnMtNwMoOmOxNpMxO2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-3-证券研究报告 目目 录录 1、电子气体的概述.5 1.1、电子气体的定义.5 1.2、气体发展历史.5 1.3、电子气体分类.6 1.4、气体纯度标准.7 1.5、气体制造主要技术.7 2、重要电子气体介绍.9 2.1、硅烷（SiH4）：最好的硅源材料，用于外延晶体生长.9 2.2、砷烷（AsH3）：独一无二的砷源化合物，因剧毒国内目前难以生产.10 2.3、一氧化二氮（N2O）：介质膜工艺气体，目前国内产能即将爆发.11 2.4、氨气（NH3）：电子工业中氮化膜的成膜气体，是化学气相沉积重要的“氮”源.11 2.5、三氟化氮（NF3）：气体清洗剂，目前国内已打破技术垄断.12 3、中国电子气体现状.13 3.1、行业集中度高，本土企业逐步崛起.13 3.2、短期技术难以攻克.14 3.3、国产电子气体难以进入集成电路等领域.15 3.4、行业壁垒明显.15 3.5、国家政策积极推进.17 3.6、未来发展趋势.18 4、在半导体芯片行业中的应用.21 4.1、制程介绍.21 4.2、电子气体的应用.22 4.3、市场规模分析.24 5、在半导体照明行业的应用.26 5.1、制程介绍.26 5.2、电子气体的应用.26 5.3、市场规模分析.27 6、在平板显示行业的应用.28 6.1、制程介绍.28 6.2、电子气体应用.28 6.3、市场规模.29 7、在太阳能电池行业的应用.30 7.1、制程介绍.30 2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-4-证券研究报告 7.2、电子气体应用.31 7.3、市场规模.32 8、国际主要厂商.34 8.1、美国空气化学.34 8.2、普莱克斯集团.34 8.3、法国液化空气集团.35 8.4、林德集团.35 9、国内主要厂家.37 9.1、中昊光明化工院.37 9.2、中船重工 718 所.37 9.3、北京绿菱气体科技有限公司.38 9.4、南大光电.38 9.5、巨化集团.39 9.6、华特气体.40 9.7、和远气体.41 9.8、金宏气体.41 9.9、凯美特气.42 9.10、三孚股份.43 9.11、雅克科技.43 9.12、中国燃气工业投资控股有限公司.44 10、投资建议.45 10.1、和远气体：华中地区最大气体供应商.45 10.2、华特气体：中国特种气体国产化先行者.49 10.3、雅克科技：转型后崛起的半导体新材料龙头.53 10.4、昊华科技：含氟电子特气领导者.57 10.5、南大光电：中国特种气体龙头企业.62 11、风险分析.66 2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-5-证券研究报告 1、电子气体的概述电子气体的概述 电子化学品是电子工业中的关键性基础化工材料，电子工业的发展要求电子化学品与之同步发展，不断地更新换代，以适应其在技术方面不断推陈出新的需要。特别是在集成电路（IC）的细微加工过程中所需的关键性电子化学品主要包括：光刻胶（又称光致抗蚀剂）、超净高纯试剂（又称工艺化学品）、电子特种气体和环氧塑封料，其中超净高纯试剂、光刻胶、电子特种气体用于前工序，环氧塑封料用于后工序。这些微电子化工材料约占 IC 材料总成本的 20%，其中超净高纯试剂约占 5%，光刻胶约占 4%，电子特种气体约占 5%-6%。1.1、电子气体的定义电子气体的定义 工业气体大致可以分为两大类别，即一般工业气体和特种气体。一般工业气体是指经过空气分离设备制造的普通级的氧气和氮气、经过焦炉气分离或电解等方法制造出来的普通纯度的其它种类气体。一般工业气体要求生产量大，但对气体的纯度要求不高。特种气体则是用途有别于一般气体的气体，是一个笼统的概念。它在纯度、品种、性能方面都是严格按照一定规格进行生产和使用的。一般认为，特种气体是由电子气体、高纯石油化工气体和标准混合气体所组成。另外，在半导体制造业中，气体还可以分为大宗气体和电子气体，大宗气体是指集中供应且用量较大的气体，如 N2、H2、O2、Ar、He 等。电子气体主要是半导体制造的每一个过程如外延生长、离子注入、掺杂、刻蚀清洗、掩蔽膜生成所用到的各种化学气体，如高纯 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCI3、BF3、HCI、CI2等，又可称为电子特种气体。1.2、工业气体发展历史工业气体发展历史 第一阶段：工业气体开始进入商业领域第一阶段：工业气体开始进入商业领域 18 世纪末，科学家们通过化学方法把氮气、氧气等从空气中分离出来，为工业气体行业奠定了基础。行业初期，氧气主要被用于医用领域，在 19世纪末开始进入焊接等商业用途。同一时期，乙炔被发现，并逐渐成为常用的焊割气体，随后乙炔被发现能够溶于丙酮，从而使乙炔的远途运输成为可能，进一步推动了乙炔的商业应用。第二阶段：工业气体行业日趋成熟第二阶段：工业气体行业日趋成熟 分馏加工方法的发明和使用，大大降低了工业气体的生产成本，加速了工业气体的产业化进程。20 世纪中期，两次世界大战和运用氧气、乙炔焊炬切割的技术有力地推动了工业气体需求的增长。同时，钢铁企业出于减少碳与磷的含量、提高钢铁产品质量的考虑，放弃了早期的空气喷射法而改用氧气喷射法，新方法的采用使 1965 年全球氧气产量比 1960 年增加了 10 倍。此外，氮也被大量用作惰性“覆盖剂”，推动了气体生产设备的大规模兴建。2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-6-证券研究报告 第三阶段：工业气体行业持续增长第三阶段：工业气体行业持续增长 20 世纪 80 年代电子产业的兴起推动特种气体的需求提高。金属预制及生产等传统市场消费增大，加上在保健、电子、饮料和食品包装等终端市场增加新的应用领域，气体行业在 20 世纪 90 年代持续增长。能源领域在过去数年成了气体行业发展的最大动力。气体作为能源在众多行业得到广泛运用，这使气体需求在 21 世纪初持续走强。1.3、电子气体分类电子气体分类 电子特种气体是超大规模集成电路、平板显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产不可或缺的原材料，它们主要应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺。电子工业服务的电子气品种繁多，用途五花八门，它的分类方法亦较为复杂。一般可按电子气用量的多少分类，也可以按电子气的用途分类。由于制造上的需要，工厂使用了许多种类的气体。一般我们皆以气体特性来区分，可分为特殊气体及一般气体两大类。前者为使用量较小的气体，如 SiH4，NF3等，后者为使用量较大的气体，如 N2，CDA（干燥压缩空气）等。在半导体制造中，需提供各种高纯度的一般气体用于气动设备动力、化学品输送压力介质或用作惰性环境，或参与反应去除杂质度等不同功能。表表 1：电子气体按气体特性分类：电子气体按气体特性分类 气体种类气体种类 气体名称气体名称 一般气体（大宗气体）干燥压缩空气，高纯氮气，高纯氩气，高纯氧气，高纯氢气，高纯氦气等 特殊气体（电子气体）易燃性气体 SiH4、SiH2CI2、PH3等 低压性气体 DCS、CIF3、WF6等 毒性气体 NF3、PH3等 腐蚀性气体 HCI、CI2、SiH2CI2、BCI3BF3、SiF4、WF6、NH3等 窒息性气体 CO2、CF4、C2F6等 自燃性气体 SiH4、PH3、B2H6等 资料来源：UIS，GAS 系统施工简介与规范，光大证券研究所整理 根据电子气的不同用途，电子气可分为十多类，例如外延晶体生长气、热氧化气、外延气、掺杂气、扩散气、化学气相沉积气、喷射气、离子注入气、等离子刻蚀气、载气、吹洗气、光刻气、退火气、焊接气、烧结气和平衡气等。表 2 列出了电子工业、半导体器件制备工艺中所用电子气的范例。2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-7-证券研究报告 表表 2：电子气体按气体用途分类：电子气体按气体用途分类 按用途分类按用途分类 主要气体主要气体 掺杂用气体 AsH3、PH3、AsCI3、AsF3、BF3、BCI3、SbH3、PCI3、(CH3)2Te、H2S、GeH4、B2H6、(C2H5)2Te、(CH3)2Cd、(C2H5)2Cd 外延晶体生长气 SiH4、SiH2CI2、SiHCI3、SiCI4、B2H6、BBr3、BI3、AsH3、PH3、GeH4、TeH2、(CH3)3Al、(CH3)3As、(C2H5)3As、(CH3)2Hg、(CH3)3P、(C2H5)3P、SnCI4、GeCl4、SbCI5、AICl3、Ar、He、H2 离子注入气 AsF5、PF5、PH3、BF3、BCl3、SiF4、SF6、N2、H2 发光二极管用气 AsH3、PH3、HCI、SeH2、(CH3)2Te、(C2H5)2Te 刻蚀用气体 气相刻蚀气 CI2、HCI、HF、HBr、SF6 等离子刻蚀气 SiF4、CF4、C3F8、CHF3、C2F6、CCIF3、O2、C2CIF5、NF3、SF6、BCI3、CHFCI2、N2、Ar、He 离子束刻蚀气 C3F8、CHF3、CCIF3、CF4 反应性喷镀气 O2 化学气相沉积气（CVD）SiH4、SiH2Cl6、SiCl4、NH3、NO、O2 稀释气（平衡气）N2、Ar、He、H2、CO2、N2O、O2 资料来源：国内特种气体研究现状和未来市场应用前景分析（张凤利和陈熔），光大证券研究所整理 1.4、气体纯度标准气体纯度标准 气体纯度的提法有多种，如普通纯、高纯气体、电子纯、特纯等，随着大规模集成电路（VISL）和特大规模集成电路（ULSI），又有 VLSI 和 ULSI 级纯的超净气体。这些提法都不十分确切，只是粗略地讲了气体纯度的高低，没有真正说明气体纯度的大小，准确表示气体的纯度主要有两种方法，即：用百分数表示，如 99%、99.9%、99.99%等和用“N”表示，如 3N、4.5N 等，N 数目与百分数表示中的 9 的个数对应，小数点后的数表示不足“9”的数，如 4.5N 表示 99.995%。根据气体的纯度不同，通常又将气体纯度分为四级，即普通气体、纯气体、高纯气体和超高纯气体，下表 3 给出气体纯度等级和器件生产工艺上的应用。表表 3：气体纯度标准：气体纯度标准 气体等级气体等级 纯度要求纯度要求 杂质杂质含量含量(V/V)（或（或 mol/mol）器件生产工艺上的应用器件生产工艺上的应用 普通气体 3N 1000*10-6 一般器件 纯气体 4N 100*10-6 晶体管和晶闸管等 高纯气体 5N 10*10-6 大规模集成电路和特殊器件等 超高纯气体 6N 1*10-6 超大规模集成电路和特大规模集成电路 6N 0.1*10-6 资料来源：苏州泽瑞气体公司公告，气体纯度及其表示法，光大证券研究所整理 1.5、气体制造主要技术气体制造主要技术 气体行业公司制造气体通常是先将气体粗分离，再通过气体提纯技术达到一定的纯度，并通过分析测试技术检验其纯度。此外生产好的气体如何充状，如何运输可以不导致二次污染和安全问题，也是气体制造商们需要关注的技术。2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-8-证券研究报告 气体分离技术气体分离技术 气体的分离方法一般包括精馏法、吸附法、膜分离法，其中精馏法应用最为广泛。精馏法可分为连续精馏法和间歇精馏法，连续精馏法操作稳定、无须对中间产品储存，并且得到的气体产品质量好、纯度较高，被广泛的应用于深冷空气分离装置工艺，也是管道供气的主要生产工艺。各类的大型空分装置已在气体公司得到应用。对于部分特殊气体的分离工艺也有采用间歇精馏的方式，连续精馏的方式还有待发展，主要取决于这些气体产品 需要存贮及产品纯度等不同的要求。吸附法分为变压吸附法和变温吸附法，与变压吸附分离法相比，变温吸附法呈现如下特点：能耗较高、吸附剂有效吸附量小、再生需要加热介质、吸附剂寿命相对较短、常需与其他工艺配套使用。膜分离法为一种新型的高分离、浓缩提纯及净化技术。气体提纯技术气体提纯技术 在当今的气体纯化技术中，主要有化学反应法、选择吸附法、低温精馏法、薄膜扩散法。这些技术的应用使气体纯化在原有的工业级水平上快速发展到高纯级和电子级水平，逐步满足了高端行业的需求，特别是在特种气体开发领域发挥了尤为重要的作用。其中在吸气剂、催化剂、膜分离纯化技术的应用上，使空分气体的纯度由工业级提升至高纯级，丰富了产品种类，满足不同终端客户的需求。在高效精馏纯化技术上，国内开发出 7N 电子级超纯氨产品打破了国外气体公司对超纯氨的垄断，为产业链发展做出了贡献。基于上述气体纯化技术的日趋成熟，国产高纯度硅烷、磷烷、砷烷、四氟化碳、六氟化硫等特种气体也在相继进入市场，满足各行各业的需求。气体检测技术气体检测技术 气体检测技术对气体工业的发展十分重要，随着气体应用领域越来越广，需求量越来越大，新兴行业对气体纯度的要求也越来越高，对气体中杂质含量的检测分析，也从早期的常量级逐渐发展到 10-6（ppm）级、10-9（ppb）级甚至 10-12（ppt）级。气体混配技术气体混配技术 气体混配技术是指两种或两种以上纯气体以不同的浓度混合配制而成的，且其中各组分（主要指配制组分）浓度为已知的一种混合气体生产技术。通过气体混配技术生产的混合气体是一种高度均匀的、稳定的，且组分浓度值高度准确的气体产品。混合气体的配制过程中，主要有爆炸性混合气体的配制，如煤化工领域使用的空气中甲烷标准混合气体的配制，有产生爆炸的风险；有机混合气体的配制，如石化领域使用的天然气中丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等标准混合气体的配制等。容器处理技术容器处理技术 容器处理是气体提纯过程中一个很重要的步骤。随着气体纯度的提高、产品种类的增多，对包装容器的要求也越来越高。比如高纯气体对储存设备内壁的光洁度要求、腐蚀性气体对内壁的耐腐蚀性要求、吸附性气体对内壁的防吸附要求，都是生产高纯乃至超纯气体所面临的问题。随着行业的发展，气体产品在包装容器的处理上也开发出相应的技术，如储存设备的高压蒸汽2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-9-证券研究报告 清洗、超纯水清洗、机械抛光、抛丸研磨、分子泵机组负压置换以及容器安定化技术。气体充装技术气体充装技术 容充装过程是工业气体生产过程中的重要环节。由于工业气体的储存设备属于特种设备，且其具有移动和重复充装的特点，比其他压力容器更为复杂并具有一定的危险性。因此，气体容器的充装、贮运和使用必须严格按照有关标准规定操作，在使用过程中的定期检验是主要的安全保障。2、重要电子气体介绍重要电子气体介绍 2.1、硅烷（硅烷（SiH4）：最好的硅源材料，用于外延晶体生）：最好的硅源材料，用于外延晶体生长长 硅烷熔点-185，沸点-112，在空气中会自燃，与空气可形成爆炸性混合物，空气中的爆炸极限为体积分数 0.8%98.0%；室温下可以卤素或重金属卤化物激烈反应。硅烷加热到 400 摄氏度开始分解为非晶态硅和氢气，600 摄氏度以上分解生成晶体硅，半导体工业主要采用该方法来生产多晶硅。硅烷毒性很大，会强烈刺激人的呼吸道，中毒者可能出现头痛和恶心等症状，吸入量较大时会引起呼吸及淋巴系统产生生理病变。硅烷是电子气体中应用最广、影响最大的气体品种，因为硅烷易燃、易爆、纯度要求 很高，技术难度很大，所以硅烷也是一个国家气体实力的重要标志之一。单硅烷作为一种提供硅组分的气体源，可用于制造高纯度多晶硅、单晶硅、微晶硅、非晶硅、氮化硅等多种金属硅化物，因其高纯度和能实现精细控制，已成为许多其他硅源无法取代的重要电子特种气体。单硅烷广泛应用于微电子、光电子工业，用于制造太阳能电池，平板显示器等，并且是至今为止世界上唯一的大规模生产粒状状高纯度硅的中间产物。硅烷制造可分为硅化镁法、氢化铝锂法和 UCC 工艺（非均化法）。表表 4：SiH4生产方法生产方法 方法方法 介绍介绍 优点优点 缺点缺点 硅化镁法（小松法）第一种工业合成硅烷方法，含砷烷较低，所含金属相对较低，粗制硅烷采用精馏或吸附、络合、吸收等净化工艺 工艺简单、成熟、原料易得 分离和回收液氨时能 耗大，硅烷收率相对 较低为 80%氢化铝锂 法 采用强还原剂 LiAlH4 在二甲醚四氢呋喃的溶剂中，通过还原氯硅烷生产硅烷 原料易得，小规模合成方便 原料化学活性较强，反应剧烈需谨慎处理 UCC 法 氯硅烷经氢化，然后二次歧化反应制备硅烷。是目前国际通用的工业化生产工艺，年产量可上千吨 资料来源：衢州硅烷气发展现状及未来整合发展模式（曾瑜），光大证券研究所整理 硅烷的制造技术被几个发达国家掌握，所采用的而工艺也比较集中，在合成技术上比较成熟，几十年来没有太大的变化，不同的是净化技术有突破性的进展，纯度等级不断提高。目前国际上硅烷主要制造商是日本小松电子2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-10-证券研究报告 金属公司、三井东亚化学公司、帝国氧气公司、美国普莱克斯（原 UCC 公司）、APCI 公司、曼特森公司、液体碳素公司。中国硅烷制造始于 20 世纪 70 年代，为满足超纯硅的生产需求，国内许多三氯氢硅生产厂家再从事三氯氢硅、四氯化硅生产的同时也开展了硅烷合成净化系列研究，建起数家硅烷生产厂家，大多采用日本小松电子法。受条件所限，很多企业都停止生产，目前国内只有南京华夏特气公司、浙江大学还在生产。受国际硅烷价格的冲击，再加上生产规模较小，产品纯度不高或者批量产品纯度不稳定，国产硅烷主要用于硅化玻璃的硅化膜生产以及太阳能光伏产业，高纯度的硅烷国内基本上是空白，主要依赖进口。2014 年 12 月 21 日，上海交通大学肖文德教授以多功能反应技术完善了 UCC 工艺中存在的三氯氢硅转化率低的不足，将其纯度提高到 99%以上水平，在河南试车成功。该项目的成功标志着我国高纯度硅烷大规模生产技术获得突破，此举对我国硅烷乃至亚洲硅烷市场起到了十分重要的影响，也正式打破了我国高档硅烷依赖进口的局面。2.2、砷烷（砷烷（AsH3）：独一无二的砷源化合物，因剧毒国）：独一无二的砷源化合物，因剧毒国内目前难以生产内目前难以生产 AsH3在室温和大气压下是一种无色、剧毒、可燃气体，有大蒜气味。与空气混合形成可燃混合气。砷烷微溶于水和有机溶剂，易与高锰酸钾、溴和次氯酸钠等起反应生成砷的化合物。砷烷在室温下稳定，在 230-240下开始分解。砷烷是一种溶血性毒物，可导致神经中毒。AsH3是 GaAs、GaAsP 生长，N 型硅外延、扩散、离子注入掺杂等不可缺少的基础材料，因其剧毒、纯度要求高，合成、净化难度大等因素，目前能制造 AsH3的国家数量不多，同时由于 AsH3的剧毒性，在当今的国际大背景下，进口十分麻烦。AsH3的合成方法非常经典，也是目前较为普遍的工艺。制备分两步：原料的合成采用混合的 Zn 粉及 As 粉在 600-620下高温合成，其反应：Zn+AsZn3As2；另一步是用 Zn3As2同稀硫酸作用，Zn3As2+H2SO4AsH3+ZnSO4，产品的收率为 80%以上。生成的 AsH3杂质的含量取决于Zn3As2的纯度，通过系列的提纯单元，AsH3纯度大于 5.5N 以上。AsH3是制造半导体化合物砷化镓的重要材料，迄今为止尚无 AsH3的替代用。砷烷在国内是紧俏产品，尽管许多单位声称已经拥有砷烷生产技术，但砷烷及其含砷化合物均属剧毒品，因此很难满足国家系列生产许可。在目前国内的安全大背景下，很少有企业愿意冒风险开展此类工作。2015 年的天津爆炸事件对我国 AsH3的国产化更是增加了难度。从技术层面看合成砷烷与合成磷烷有许多相似之处，唯一的差别就是二者的毒性之别。2018 年，南大光电公司控股子公司全椒南大光电生产的高纯磷烷、砷烷纯度达到 6N级别，产品依托母公司成熟的销售渠道和优良的技术支持，已在 LED 行业取得主要的市场份额，贡献了较好的销售业绩。2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-11-证券研究报告 2.3、一氧化二氮（一氧化二氮（N2O）：介质膜工艺气体，目前国内）：介质膜工艺气体，目前国内产能即将增长产能即将增长 一氧化二氮是一种无色有甜味气体，在一定条件下能支持燃烧，但在室温下稳定，有轻微麻醉作用，并能致使人发笑，俗称笑气。一氧化二氮作为电子气体主要用于半导体光电器件研制生产的介质膜工艺，是直接影响光电器件质量的不可替代的关键点子气体。高纯一氧化二氮是 PECVD 工艺积淀 SiO2膜，掩蔽膜、钝化膜、器件抗反增透膜的重要原料。N2O 纯度直接影响到 SiO2膜纯度，如果杂质含量高，沉积的 SiO2膜颗粒多、不光亮，产生表面折射率不均匀等现象，不利于光刻工艺的进行。如果 N2O 中微量水含量高，可造成 SiO2膜含氢量大，致密性达不到要求，导致器件工作状态不稳定，抗电磁辐射能力不强。因此为保证光电器件产品的质量和可靠性，要求一氧化二氮纯度必须在 5N 以上。高纯 N2O 通常采用医用 N2O 为原料，经过脱 NH3、CO2、H2O、NO、NO2等工艺，然后进行低温精馏出去 N2O 中的 O2、N2、H2等轻组分杂质，为了获得低温在精馏塔上还增加了压缩、节流循环系统，其产品最高可达 5.8N 级标准。曾经我国高纯 N2O 供应严重不足，大多从韩国进口。北京某合资企业很早就有 N2O 生产线，但是只能生产医用级 N2O；广州增城某企业采用老广气的湿法技术合成 N2O，也无高纯 N2O 产品；镇江某外资企业虽然生产高纯 N2O，但是因为设备老旧，产量不高。2015 年，吴江 Messer、法液空等公司引进当时世界最新的硝酸铵干法分解生产超纯笑气设备，已经生产大量的高纯笑气，满足我国各领域对高纯 N2O 的需求，该工艺是目前国际通用化流程，只是设备价格一涨再涨，对于许多小微企业而言比较贵。国内以尼龙单体生产尾气回收的提纯工艺正如火如荼地开展，待尾气回收工艺顺利完成，我国的笑气产能将完全甚至超过市场的需求量，估计未来价格也会像高纯氨一样急剧下降，由于属于尾气回收，如何确保上游尾气顺利持续的供给是一个应关注的问题。2.4、氨气（氨气（NH3）：电子工业中氮化膜的成膜气体，是）：电子工业中氮化膜的成膜气体，是化学气相沉积重要的“氮”源化学气相沉积重要的“氮”源 在微电子工业中，高纯氨是不可缺少的原材料之一。它主要用于半导体器件、集成电路制造中的氮化硅掩膜生长过程和制造磷化镓绿色发光材料的掺氮过程。在硅片沉积生长氮化硅掩膜时，高纯氨中即使仅含百万分之五十的微量水分时，得到的只是氧化硅，而不是所需要的氮化硅。同样含有微量氧（大于百万分之三）的氨气用于磷化镓掺氮会带来深能级的氧杂质，使二极管发出的绿光（波长 500nm）中掺杂有红外光（波长 900nm）和红光（波长 700nm），高纯氨中的油分等其它杂质对半导体器件的危害也相当大。工业液 NH3经加热气化在一级干燥脱油吸附器内除去绝大部分的 H2O和所有的油分、有机物等其它复杂的杂质。一级吸附器是由两种吸附剂组成,，由于它们的再生温度相似，且吸附剂脱附的 H2O 对吸附剂的再生相当有利，同时也为了减少设备投资，将二者装于同一吸附剂器内，在装填时二者2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-12-证券研究报告 必须分层。经初步脱 H2O 和脱油后的氨，又经二级干燥器进行深度除 H2O。二级干燥器也是由两种吸附剂构成。一种吸附剂利用其对 H2O 有较大的吸附容量，另一种则利用其吸附深度。脱油、脱水后的氨仍含有大量的轻组分(N2、O2、CH4、H2)。由于它们在吸附时不易被吸附，因此，采用精馏的方法处理。干燥后的氨气，在精馏塔的塔顶冷凝器内冷凝后变为液氨同塔釜蒸发的气态氨进行逆流接触，在填料塔内进行气液传递，经精馏轻组分不断浓缩于塔顶，经放空后的氨，得到符合要求的液氨，经超微过滤器，除去灰尘等颗粒，在冷凝器内冷凝降温而充瓶。我国高纯氨规模化生产始于 1999 年，受到前几年太阳能、LED 领域的需求刺激，我国境内如雨后春笋般地兴起了高纯氨投资热，推动了该产品整体水平的提高，同时也因为技术单一（许多厂家的技术都是来自韩国），重复性明显，也导致我国高纯氨产能已经处于严重的饱和状态。我国氨提纯技术同欧、美、日仍存差距，针对氨中的某些杂质仅仅靠吸附、精馏传统手段。同巴斯夫公司的高纯氨相比，我们国产高纯氨仍需要对更多的未知杂质进行有效的确定。因为国产原料液氨的组成更为复杂，我们除了强调气体纯度达到几个“9”，也要更加关注有害杂质的种类和含量。2.5、三氟化氮（三氟化氮（NF3）：气体清洗剂，目前国内已打破技）：气体清洗剂，目前国内已打破技术垄断术垄断 在三氟化氮熔点-208.5，沸点-129，沸点时液体的相对密度 1.89。NF3是三卤化氮中最稳定的一种，但和水、氢气、氨气、一氧化碳或硫化氢等的混合气体遇火花即发生猛烈爆炸。高纯 NF3几乎没有气味，它是一种热力学稳定的氧化剂，大约在 350左右可分解成为二氟化氮和氟气，高温下能与许多元素反应，可作为游离基的供给源。作为半导体工业气体清洗剂的全氟烃（PFC）对环境有害，近年来有逐渐被 NF3取代之势。使用比 F2稳定且易于处理 CVD 箱，与 PFC 相比可减少污染物排放量约 90%，且可显著提高清洗速度，从而可提高清洗设备能力约 30%。NF3也是微电子工业中优良的等离子刻蚀气体，对硅和氮化硅刻蚀，有更高的刻蚀速率和选择性，而且对表面无污染，尤其在小于 1.5m 的集成电路材料额是可重，NF3有非常优良的时刻速率和选择性，在被刻蚀表面不留任何残留物质。NF3的生产方法主要有 2 种，氟氨化合法和电化学法：表表 5：NF3生产方法生产方法 方法方法 介绍介绍 氟氨化合法 先制取元素氟，氟气与氨或熔融氟化铵在一定温度和压力下反应制备 NF3，再经冷凝、蒸发、纯化得到纯度 98%以上的产品。电化学法 用碳电极在 100-130的条件下对NH4F和HF等的复合电解质进行电解制取 NF3，是工业上采用较多的方法 资料来源：含氟特种气体及电子化学品市场与竞争力分析（陈宏昌），光大证券研究所整理 2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-13-证券研究报告 3、中国电子气体现状中国电子气体现状 在半导体材料中，电子气体是仅次于大硅片的第二大市场需求，电子气体在 2016 年的半导体材料市场占比达 14%。随着半导体产业的发展，电子气体市场也随之增长。2016 年全球电子特种气体市场规模为 38.9 亿美元，并于 2018 年增长至 45.12 亿美元，较 2016 年增长 15.93%。而随着全球半导体产业链向国内转移，国内电子气体市场提速明显，远高于全球增速。根据中国半导体行业协会统计的数据，2010-2018 年，我国的电子特殊气体行业的市场规模一直维持着高速发展的趋势，已在2018年达到121.56亿元，较 2017 年同比增长 11.19%。近年来国内半导体市场发展迅速，在建和未来规划建设的产能为电子气体提供了广阔的空间。随着半导体集成电路技术的发展，对电子气体的纯度和质量也提出了越来越高的要求。电子气体的纯度每提升一个数量级，对下游集成电路行业都会产生巨大影响。2014 年国家发布了国家集成电路产业发展推进纲要并设立了集成电路产业投资基金，根据规划，我国集成电路销售额年均增速将保持在 20%左右，预计 2020 年将达到 8700 亿元。若国内半导体集成电路用电子气体保持同样稳定的增速，其 2020 年市场规模将在 2018 年的基础上增长 44%。图图 1：2010-2018 年中国电子特气行业市场规模（单位：亿元，年中国电子特气行业市场规模（单位：亿元，%）资料来源：中国半导体行业协会，光大证券研究所整理 3.1、行业集中度高，本土企业逐步崛起行业集中度高，本土企业逐步崛起 工业气体市场集中度高，寡头垄断明显工业气体市场集中度高，寡头垄断明显 经过多年的发展和兼并收购，全球工业气体市场已经形成了少数几家气体生产企业占据全球市场大多数份额的市场格局。根据 SAI 公司的统计数据：2013 年全球工业气体市场上，前四大生产厂商全球工业气体市场上，前四大生产厂商法国液化空气集团（ALAL）、德国林德集团（Linde）、美国普莱克斯集团（PRAXAIR）和美国空气化工产品集团（AirProducts）共占据 75%的市场份额，市场高度集中。2018 年 10 月 23 日，林德集团宣布与美国普莱克斯集团完成对等合并，成为全球最大的工业气体业务供应商2020-02-28 石油化工 敬请参阅最后一页特别声明-14-证券研究报告 业务供应商，同年合并后三大气体巨头（林德、液化空气、空气化工）占据全球工业气体外包市场 76.71%的的份额。相比于传统的大宗气体，电子气体行业由于具有较高的技术壁垒，市场集中度极高。2018 年全球半导体用电子气体市场中，美国空气化工、美国普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气和日本大阳日酸株式会社等五大公司控制着全球 90%以上的市场份额，形成寡头垄断的局面。在国内市场，海外几大龙头企业也控制了 85%的份额，我国电子特气受制于人的局面十分严重。本土气体企业逐渐崛起，与外资巨头形成错位竞争本土气体企业逐渐崛起，与外资巨头形成错位竞争 中国工业气体市场随着改革开放后经济的高速发展而迅速发展壮大。较早发展起来的是以现场制气为主要供气方式的大宗集中用气市场。20 世纪80 年代起，以液化空气、林德集团为代表的外资气体供应商开始进入中国市场，并依靠雄厚的资金实力和丰