特種氣體行業(yè)專題報告：電子工業(yè)“血液”，國產(chǎn)化勢在必行

特種氣體概況

工業(yè)氣體：工業(yè)“血液”

工業(yè)中，把常溫常壓下呈氣態(tài)的產(chǎn)品統(tǒng)稱為工業(yè)氣體。工業(yè)氣體是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)原材料，在國民經(jīng)濟中有著重要的地位和作用，工業(yè)氣體行業(yè)原材料是空氣、工業(yè)廢氣、基礎(chǔ)化學(xué)原料等，其上游行業(yè)是氣體分離及純化設(shè)備制造業(yè)、基礎(chǔ)化學(xué)原料行業(yè)、壓力容器設(shè)備制造業(yè)等。下游領(lǐng)域包括集成電路、液晶面板、LED、光纖通信、光伏、醫(yī)療健康、節(jié)能環(huán)保、新材料、新能源、高端裝備制造等新興行業(yè)以及冶金、化工、機械制造等傳統(tǒng)行業(yè)，對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著戰(zhàn)略性的支持作用，因此被喻為“工業(yè)的血液”。

根據(jù)制備方式和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，工業(yè)氣體可分為大宗氣體和特種氣體，大宗氣體主要包括氧、氮、氬等空分氣體及乙炔、二氧化碳等合成氣體，特種氣體品種較多，主要包括電子特種氣體、高純氣體和標(biāo)準(zhǔn)氣體等。

特種氣體：現(xiàn)代工業(yè)“糧食”

特種氣體是工業(yè)氣體中的一個新興門類，是隨著近年來國防工業(yè)、科學(xué)研究、自動化技術(shù)、精密檢測，特別是微電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。20 世紀(jì) 80 年代，電子產(chǎn)業(yè)的興起推動特種氣體的需求提高，外資開始通過收購、新設(shè)等方式建立氣體公司進入中國氣體市場，向國內(nèi)氣體用戶提供氣體產(chǎn)品，隨著氣體供應(yīng)商供氣模式的引入，國內(nèi)企業(yè)原有的氣體車間、氣體廠和供氣站等紛紛發(fā)展為獨立的氣體公司，國內(nèi)特種氣體市場逐步發(fā)展起來。

從應(yīng)用領(lǐng)域劃分，特種氣體主要有電子氣體、高純氣體和標(biāo)準(zhǔn)氣體三種，廣泛應(yīng)用于電子半導(dǎo)體、化工、醫(yī)療、環(huán)保和高端裝備制造等領(lǐng)域。其中，電子氣體是指用于半導(dǎo)體及其它電子產(chǎn)品生產(chǎn)的氣體，目前，我國電子氣體品種基本齊全，但數(shù)量和質(zhì)量與發(fā)達國家相比，尚有較大差距；高純氣體通常指利用現(xiàn)代提純技術(shù)能達到的某個等級純度的氣體，對于不同類別的氣體，純度指標(biāo)不同，大多用于超大規(guī)模集成電路及分離器件、光電子等高科技領(lǐng)域；標(biāo)準(zhǔn)氣體嚴(yán)格意義上應(yīng)稱為標(biāo)準(zhǔn)校正氣體，是一種高度均勻，穩(wěn)定性良好和量值準(zhǔn)確的氣體，可分為單元標(biāo)準(zhǔn)氣體和多元標(biāo)準(zhǔn)氣體，目前標(biāo)準(zhǔn)氣基本滿足了我國石油、化工、環(huán)保、傳感器校核等諸多領(lǐng)域的需求，但對活性較強的標(biāo)準(zhǔn)氣，國內(nèi)尚無法徹底解決量產(chǎn)問題。

電子氣體：電子工業(yè)“血液”

廣義的“電子氣體”指可用于電子工業(yè)生產(chǎn)中使用的氣體，是最重要原材料之一，狹義的“電子氣體”特指可用于電子半導(dǎo)體領(lǐng)域生產(chǎn)的特種氣體。電子氣體可以分為電子特種氣體和電子大宗氣體。電子氣體在電子產(chǎn)品制程工藝中廣泛應(yīng)用于離子注入、刻蝕、氣相沉積、摻雜等工藝，被稱為集成電路、液晶面板、LED 及光伏等材料的“糧食”和“源”。

電子氣體地位日益凸顯

近年來，隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，電子氣體在半導(dǎo)體行業(yè)中的地位日益凸顯。在微電子、光電子器件生產(chǎn)過程中，從單個芯片生成到最后器件的封裝，幾乎每一步、每一個環(huán)節(jié)都離不開電子氣體，在不同的電子應(yīng)用領(lǐng)域中，電子特種氣體和電子大宗氣體的成本占比略有不同。其中，集成電路領(lǐng)域，電子特種氣體和電子大宗氣體各自占比50%。電子氣體的質(zhì)量很大程度上決定了半導(dǎo)體器件性能的好壞。電子氣體純度每提高一個數(shù)量級，都會極大地推動半導(dǎo)體器件質(zhì)的飛躍。

電子氣體是僅次于大硅片的第二大市場需求半導(dǎo)體材料，電子氣體在 2016 年的半導(dǎo)體材料市場占比達 14%。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子氣體市場也隨之增長。

電子特種氣體的下游應(yīng)用領(lǐng)域主要為電子半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體又分為光伏、光纖通信、LED、液晶面板和集成電路，電子特氣市場需求與下游產(chǎn)業(yè)景氣度關(guān)聯(lián)度較高。2018 年中國集成電路、顯示面板、光伏三大下游對電子特氣的需求占比超過 90%。

電子特氣在電子產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用

1）電子氣體在集成電路領(lǐng)域的應(yīng)用

特種氣體是半導(dǎo)體材料制造過程不可缺少的基硅性支撐材料，處于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上游，被稱為半導(dǎo)體的“源”，主要應(yīng)用于薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等工藝。

化學(xué)氣相沉積(CVD)：是通過氣體混合的化學(xué)反應(yīng)，在硅片表面沉積一層固體膜的工藝，通常包括氣體傳輸至沉積區(qū)域、膜先驅(qū)物的形成、膜先驅(qū)物附著在硅片表面、膜先驅(qū)物粘附、膜先驅(qū)物擴散、表面反應(yīng)、副產(chǎn)物從表面移除、副產(chǎn)物從反應(yīng)腔移除等八個主要步驟?；瘜W(xué)氣相沉積常用的特種氣體包括:SiH4、DCS、TCS、SiCl4、TEOS、NH3、N2O、WF6、H2、O2。

刻蝕：是采用化學(xué)和物理方法，有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，刻蝕的目的是在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩膜圖形，可分為濕法刻蝕和干法刻蝕。硅片的刻蝕氣體主要是氟基氣體，包括 CF4、CF4/O2、SF6、C2F6/O2、NF3 等，但由于其各向同性，選擇性較差，因此改進后的刻蝕氣體通常包括氯基(Cl2)和溴基(Br2、HBr)氣體。鋁和金屬復(fù)合層的刻蝕通常采用氯基氣體，如 CCl4、Cl2、BCl3 等。

摻雜：是將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以改變半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)，形成pn 結(jié)、電阻、歐姆接觸等。常用的三價摻雜氣體有 B2H6、BBr3、BF3 等，常用的五價摻雜氣體有 PH3、POCl3、AsH3、SbCl5 等。

2）電子氣體顯示面板領(lǐng)域應(yīng)用

薄膜晶體管（TFT）和液晶顯示器（LCD）具有體積小、重量輕、低輻射、低耗電量、全彩化、速度快、對比度和亮高、屏幕觀察角度大、分辨率高等優(yōu)點，是目前主流的平面顯示設(shè)備。TFT/LCD 的生產(chǎn)包括 TFT 陣列(包括薄膜、光刻、刻蝕)、彩色濾光片(包括黑矩陣膜、紅綠藍膜、透明導(dǎo)電層)、面板、模組等工序。薄膜工序，通過化學(xué)氣相沉積，在玻璃基板上沉積 SiO2、SiNx、a2Si、n 型 a2Si 薄膜，使用的特種氣體有 SiH4、PH3、NH3、NF3 等；干法刻蝕工序，在等離子氣態(tài)氛圍中選擇性腐蝕基材，通常采用 SF6、HCl、Cl2 等氣體。

3）電子氣體在太陽能電池中的應(yīng)用

太陽能電池分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池，薄膜太陽能電池分為非晶硅(a-Si)薄膜和非晶/微晶硅(a-Si/μc-Si)疊層薄膜。晶體硅電池片生產(chǎn)中的擴散工藝用到 POCl3 和 O2，減反射層 PECVD 工藝用到 SiH4、NH3，刻蝕工藝用到 CF4；非晶硅太陽能電池在 LPCVD 沉積 TCO 工序用到 DEZn、B2H6；非晶/微晶硅沉積工序用到 SiH4、PH3/H2、TMB/H2、CH4、NF3 等。

下游需求旺盛，引領(lǐng)特氣行業(yè)高增長

 

下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，引領(lǐng)特氣行業(yè)高增長

我國特種氣體行業(yè)在 2006 年后進入快速發(fā)展階段，廣泛應(yīng)用于集成電路、顯示面板、光伏能源、光纖光纜、新能源汽車、航空航天、環(huán)保和醫(yī)療等新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，在《十三五國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等產(chǎn)業(yè)政策的推動下，特種氣體的下游產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，同時產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、技術(shù)迭代帶來新工藝和新產(chǎn)品等，不僅在規(guī)模上增加了特種氣體的需求，也進一步拓寬了特種氣體的應(yīng)用領(lǐng)域，不斷產(chǎn)生新的特種氣體產(chǎn)品需求。

1）半導(dǎo)體行業(yè)：產(chǎn)業(yè)鏈向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，市場持續(xù)增長

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向國內(nèi)轉(zhuǎn)移。從區(qū)域分布看，根據(jù) WSTS 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，亞太地區(qū)市場規(guī)模占全球市場的比例不斷提高，亞太與日本市場合計約占全球半導(dǎo)體市場的 70%左右，2017 年，全球半導(dǎo)體市場規(guī)模為 4122.21 億美元，同比增長 21.6%，2018 年全球半導(dǎo)體市場保持增長勢頭，市場規(guī)模達到 4779.40 億美元，同比增長 15.90%；從芯片銷售額看，根據(jù) WSTS 發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016 年中國半導(dǎo)體消費額 1075 億美元，占全球總量的32%，已成為全球最大的半導(dǎo)體消費市場。隨著國內(nèi)制造業(yè)環(huán)節(jié)快速發(fā)展，以及國內(nèi)巨大的消費市場和勞動力人口優(yōu)勢，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將加快向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，世界市場份額不斷向中國集中。

半導(dǎo)體行業(yè)持續(xù)增長。全球半導(dǎo)體市場規(guī)模近年來增速平穩(wěn)，2012-2018 年復(fù)合增速 8.23%。其中，中國大陸集成電路銷售規(guī)模從 2158 億元迅速增長到 2018 年的 6531億元，復(fù)合增速為 20.27%，遠超全球其他地區(qū)，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加速向大陸轉(zhuǎn)移。2014年國家發(fā)布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》并設(shè)立了投資產(chǎn)業(yè)基金，根據(jù)規(guī)劃我國集成電路銷售額平均增速將保持在 20%，因此半導(dǎo)體集成電路電子用氣市場規(guī)模有望快速增長。

2）顯示面板行業(yè)：尺寸大型化發(fā)展，市場平穩(wěn)增長

全球顯示面板行業(yè)穩(wěn)定增長。全球平板顯示產(chǎn)業(yè)保持平穩(wěn)增長，業(yè)態(tài)發(fā)展呈現(xiàn)尺寸大型化、競爭白熱化、轉(zhuǎn)移加速化和產(chǎn)品定制化等特點，受益于電視平均尺寸增加以及大屏手機、車載顯示和公共顯示等需求的拉動，根據(jù) IHS 預(yù)測，2016 年-2025 年全球新型顯示面板需求面積的 CAGR 預(yù)計將達 4%，到 2025 年增長至 2.66 億平方米。

我國面板顯示行業(yè)市占率不斷提升。受益于國家政策的支持，我國面板顯示行業(yè)逐漸發(fā)展起來，在全球的市占率也逐步提高，2011 年中國大陸大尺寸面板占全球比例約為 1%，經(jīng)過多年的發(fā)展，2018 年上升至 42%，大尺寸面板產(chǎn)能為 78.9 百萬平方米/年，預(yù)計 2020 年達到 125.9 百萬平方米/年。

LCD 市場，近年來我國面板廠商繼續(xù)加快高世代液晶面板生產(chǎn)線的建設(shè)與投產(chǎn)，2019-2021 年將有 8 條產(chǎn)線陸續(xù)投產(chǎn)，合計產(chǎn)能超過 6000 萬平方米，預(yù)計到 2021 年中國將占到全球 58%的市場份額。在 OLED 市場方面，目前是韓國占據(jù)主導(dǎo)地位，但國內(nèi)面板廠商近年來不斷提高 OLED 技術(shù)，同時加快布局 OLED 生產(chǎn)線。預(yù)計未來國內(nèi) OLED面板產(chǎn)能將會得到快速的釋放，據(jù) DSCC 預(yù)測，中國 OLED 面板市場份額到 2025 年將會快速增長至 43%。

3）光伏行業(yè)：國家政策支持，市場快速增長

中國光伏產(chǎn)業(yè)起步較晚但呈現(xiàn)迅速發(fā)展的勢頭。2010 年后，在歐洲經(jīng)歷光伏產(chǎn)業(yè)需求放緩的背景下，我國光伏產(chǎn)業(yè)迅速崛起，成為全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力，2018年全國新增光伏并網(wǎng)裝機容量達到 44GW，同比下降 17%，累計光伏裝機并網(wǎng)容量超過174GW，2019 年，我國新增光伏并網(wǎng)裝機容量達到 30.1GW，同比下降 32.0%，累計光伏并網(wǎng)裝機量達到 204.3GW，同比增長 17.1%，盡管在政策調(diào)整下，整體光伏市場有所下滑，受益于海外市場的增長，我國光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步擴大、技術(shù)創(chuàng)新不斷推進、出口增速不斷提升。自 2013 年至 2019 年我國新增和累計裝機容量均為全球第一，預(yù)計 2020年光伏新增裝機量超過 35GW，較 2019 年有所回升，累計裝機有望達到約 240GW。

氣體市場持續(xù)發(fā)展

全球工業(yè)氣體市場近年來呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的態(tài)勢，2018 年全球工業(yè)氣體市場規(guī)模約為 1220 億美元。目前，全球工業(yè)氣體需求的主要市場仍然是北美和歐洲，但增速顯著放緩；亞太地區(qū)近年來發(fā)展很快，已成為拉動全球市場增長的主要引擎。

我國工業(yè)氣體行業(yè)在 80 年代末期已初具規(guī)模，到 90 年代后期開始快速發(fā)展。近年來我國工業(yè)氣體行業(yè)發(fā)展迅速，市場規(guī)模由 2010 年的 410 億元上升至 2018 年的 1350億元，2010-2018 年年均復(fù)合增長率達到 16.05%。與發(fā)達國家相比，我國人均工業(yè)氣體消費量還處在較低水平，根據(jù) 2018 年的人均工業(yè)氣體消費量統(tǒng)計，我國的人均工業(yè)氣體消費只有美國的 1/26，不足西歐與澳洲的 1/20，與南美和東歐國家也有較大差距，未來仍有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

新興分散用氣市場逐漸興起。工業(yè)氣體市場較為復(fù)雜，可大致分為大宗集中用氣市場和新興分散用氣市場，其中大宗集中用氣市場主要是傳統(tǒng)行業(yè)，包括冶金、煉化和煤化工等，對氣體需求品種單一且使用量巨大，而新興分散用氣市場主要是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，包括電子制造、光伏和生物醫(yī)藥等。鋼鐵、化工等傳統(tǒng)大宗用氣市場規(guī)模相對較為穩(wěn)定，用氣品類也較為單一，新興分散零售市場用氣數(shù)量和種類在工業(yè)氣體應(yīng)用中占比越來越高，由 2007 年占比 40%提升至 2015 年 52%，有逐漸超過傳統(tǒng)行業(yè)用氣市場需求的趨勢。

全球特種氣體行業(yè)保持平穩(wěn)增長態(tài)勢。全球特種氣體市場規(guī)模由 2010 年 200 億美元增長至 2018 年 421 億美元，年均復(fù)合增長率為 9.75%。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，未來數(shù)年全球特種氣體市場規(guī)模將以年均 9%的速度增長，預(yù)計 2024 年全球特種氣體市場規(guī)模將達到 706 億美元。從地區(qū)分布來看，美洲是全球特種氣體市場規(guī)模最大的地區(qū)，占比約為 45.17%，其次為歐洲、中東和非洲市場占比 31.40%，亞太地區(qū)占比最小為23.43%。預(yù)計至 2020 年，亞太地區(qū)特種氣體需求增長最快，市場規(guī)模將達到 168 億美元，所占比重提升至 25.80%；美洲地區(qū)需求增長有所放緩，市場規(guī)模為 253 億美元，占比降至 38.90%。

我國特種氣體行業(yè)市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢。特氣行業(yè)市場規(guī)模由 2010 年118.14 億元增長至 2018 年 296.49 億元，年均復(fù)合增長率為 12.19%，預(yù)計未來五年我國特種氣體市場持續(xù)增長，2019-2024 年特種氣體市場增速可以達到 12%左右，2024 年市場規(guī)模中性預(yù)測可達 1087 億元，保守預(yù)計將達到 915 億元。

我國電子特種氣體市場規(guī)模保持快速發(fā)展。電子特氣市場規(guī)模由 2010 年 38.99 億元增長至 2018 年 121.56 億元，年均復(fù)合增長率為 15.21%，電子特氣市場規(guī)模占我國特氣市場規(guī)模的份額也在逐步提升，2018 年占比達到 20.8%。從細分領(lǐng)域來看，應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域的電子特氣市場規(guī)模占比不斷提高，2018 年半導(dǎo)體領(lǐng)域需求市場規(guī)模達 85億元。2014 年《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》提出到 2020 年集成電路全行業(yè)銷售收入年均增速超過 20%，隨后國家出臺一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策支持集成電路行業(yè)的發(fā)展，未來集成電路行業(yè)將持續(xù)保持增長，預(yù)計到 2024 年我國電子特氣市場規(guī)模將會達到 230億元。

特氣行業(yè)具有較高的進入壁壘。特種氣體在其生產(chǎn)過程中涉及合成、純化、混合氣配制、充裝、分析檢測和氣瓶處理等多項工藝技術(shù)，以及客戶對純度、精度等的高要求，對行業(yè)的擬進入者形成了較高的技術(shù)壁壘。除較高的技術(shù)壁壘外，特種氣體行業(yè)還存在著客戶認證壁壘、資金壁壘、市場壁壘、資質(zhì)壁壘以及人才壁壘，因此，由于行業(yè)較高的進入門檻，我國高端特種氣體市場一直被幾家外資氣體巨頭公司所占據(jù)，雖然在傳統(tǒng)及中低端產(chǎn)品方面，我國已經(jīng)形成了規(guī)模優(yōu)勢，但在高端氣體尤其是特氣方面，我國的差距還是比較明顯。

國內(nèi)電子氣體起步較晚，在技術(shù)上與國外有一定差距，目前一些電子氣體實現(xiàn)了國產(chǎn)化，如超純氨、氧化亞氮、氟碳類氣體等，但包括氦氣在內(nèi)的大多數(shù)電子氣體仍以進口為主，未來我國電子氣體進口替代空間較大。

政策大力支持，國產(chǎn)化勢在必行

國家產(chǎn)業(yè)政策支持助推行業(yè)快速發(fā)展。特種氣體作為關(guān)鍵性材料，應(yīng)用廣泛，特別是在集成電路、顯示面板、光伏能源和光纖光纜等新興領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。近年來特氣行業(yè)得到國家政策的大力支持，國家發(fā)改委、科技部、工信部和財政部等多部門相繼出臺多部新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策，均明確提及并部署了氣體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并且對于特種氣體確立了其新材料產(chǎn)業(yè)屬性，有力推動了氣體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

國內(nèi)特種氣體發(fā)展的初期由于技術(shù)、工藝、設(shè)備等多方面差距明顯，產(chǎn)品大多依賴進口。從特種氣體進出口金額來看，我國進口金額遠遠大于出口金額，2017 年，我國特種氣體進口金額為 125.85 億美元，出口金額為 8.57 億美元。隨著技術(shù)的逐步突破，國內(nèi)氣體公司在電光源氣體、激光氣體、消毒氣等領(lǐng)域發(fā)展迅速，但與國外氣體公司相比，大部分國內(nèi)氣體公司的供應(yīng)產(chǎn)品仍較為單一，用氣級別不高，尤其在集成電路、顯示面板、光伏能源、光纖光纜等高端領(lǐng)域，相關(guān)特種氣體產(chǎn)品主要依賴進口。隨著國內(nèi)這些下游新興產(chǎn)業(yè)的技術(shù)更迭和快速發(fā)展，而且特種氣體作為危險化學(xué)品，產(chǎn)品包裝、運輸有嚴(yán)格的規(guī)定，相較于國外企業(yè)，國內(nèi)特種氣體企業(yè)物流成本更低，供貨更及時，同時國內(nèi)產(chǎn)品價格具有明顯的優(yōu)勢，因此，特種氣體國產(chǎn)化是未來行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

我國特種氣體市場中，國內(nèi)氣體企業(yè)雖然數(shù)量眾多，但普遍規(guī)模較小，且一般為區(qū)域性企業(yè)，截至 2017 年底，我國特種氣體行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量達到 211 家，較上年增加 4 家，國內(nèi)氣體公司在資金、技術(shù)、設(shè)備等方面仍有差距，但在技術(shù)不斷突破、國家政策大力扶持、下游市場發(fā)展迅速等多重因素影響下，加上國內(nèi)企業(yè)擁有的國際企業(yè)無法比擬的低成本、貼近客戶、反應(yīng)靈活等優(yōu)勢，國內(nèi)氣體企業(yè)的競爭力將不斷增強，市場份額有望擴大。

 

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