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投資聚焦
報告背景
在微電子、光電子器件生產過程中，從晶片生長到最後器件的封裝，幾乎每一步、每一個環節都離不開電子氣體，因此電子氣體被稱為半導體材料的「糧食」和「源」。電子氣體成本佔 IC 材料總成本的 5%-6%，雖然看似佔比不大，但是很大程度上決定了半導體器件性能的好壞。電子氣體純度每提高一個數量級，都會極大地推動半導體器件質的飛躍。
電子特氣行業的技術壁壘：一是深度提純技術難度較大。以矽烷為例， 將其純度由 4N 提純到 6N 中間有漫長的道路，除了要解決普通氣態雜質的純化問題，還要將金屬元素淨化到 10-9 級至 10-12 級。二是包裝和儲運跟不 上。超高純氣體的生產和應用都要求使用高質量的氣體包裝儲運容器、相應 的氣體輸送管線、閥門和接口，以避免二次汙染的發生。三是分析檢驗觀念 落後。國內對電子氣體生產應用領域分析檢測技術的研究開發工作不夠重視。
我們區別於市場的觀點
國內電子特氣的市場規模在 2010 年至 2018 年期間一直維持著高速的增長，在 2018 年已達 121.56 億元。目前全球主要的跨國氣體公司均在中國設有生產基地，國內近 85%的電子氣體市場被外資企業壟斷，電子特氣的國產化需求迫在眉睫。目前國內在高純矽烷、高純氨、高純笑氣、氖氣、高純 CL2、高純砷烷和高純鍺烷等已實現突破。本土化進程在不斷推進，但因本土電子氣體的生產和供應商規模較小、利潤薄，且智慧財產權的保護不足等潛在問題，市場對其發展力度信心不足，大多持保守態度。
我們認為，國內電子氣體企業現已順利國產化多種核心氣體，並藉此進一步搶佔了一定份額的國內外市場，隨著國家政策利好的推動和技術革新的促進，國產化進程有望得到進一步提升。
投資建議
電子特氣行業從業者較多，近期我們主要推薦和遠氣體、華特氣體、雅克科技、昊華科技和南大光電。其中和遠氣體和華特氣體在近期剛完成招股上市，其募投項目都將大幅提升公司的工業氣體產能。而半導體材料龍頭雅克科技也因下遊半導體製造企業的技術突破和半導體國產化進程有望營收持續走高；氟系龍頭昊華科技主要得益於未來 5G 建設和軍工業務發展，公司未來發展可期；另外，專注於電子特氣研發的南大光電現已形成了 35 噸高純磷烷、15 噸高純砷烷的生產能力，並在今年開始擴產，預計其磷烷砷烷產能將在現有基礎上翻倍。
1、電子氣體的概述
電子化學品是電子工業中的關鍵性基礎化工材料，電子工業的發展要求電子化學品與之同步發展，不斷地更新換代，以適應其在技術方面不斷推陳出新的需要。特別是在集成電路（IC）的細微加工過程中所需的關鍵性電子化學品主要包括：光刻膠（又稱光致抗蝕劑）、超淨高純試劑（又稱工藝化學品）、電子特種氣體和環氧塑封料，其中超淨高純試劑、光刻膠、電子特種氣體用於前工序，環氧塑封料用於後工序。這些微電子化工材料約佔 IC 材料總成本的 20%，其中超淨高純試劑約佔 5%，光刻膠約佔 4%，電子特種氣體約佔 5%-6%。
1.1 、電子氣體的定義
工業氣體大致可以分為兩大類別，即一般工業氣體和特種氣體。一般工業氣體是指經過空氣分離設備製造的普通級的氧氣和氮氣、經過焦爐氣分離或電解等方法製造出來的普通純度的其它種類氣體。一般工業氣體要求生產量大，但對氣體的純度要求不高。特種氣體則是用途有別於一般氣體的氣體， 是一個籠統的概念。它在純度、品種、性能方面都是嚴格按照一定規格進行生產和使用的。一般認為，特種氣體是由電子氣體、高純石油化工氣體和標準混合氣體所組成。
另外，在半導體製造業中，氣體還可以分為大宗氣體和電子氣體，大宗氣體是指集中供應且用量較大的氣體，如N2、H2、O2、Ar、He 等。電子氣體主要是半導體製造的每一個過程如外延生長、離子注入、摻雜、刻蝕清洗、掩蔽膜生成所用到的各種化學氣體，如高純 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCI3、BF3、HCI、CI2 等，又可稱為電子特種氣體。
1.2 、工業氣體發展歷史
第一階段：工業氣體開始進入商業領域
18 世紀末，科學家們通過化學方法把氮氣、氧氣等從空氣中分離出來，為工業氣體行業奠定了基礎。行業初期，氧氣主要被用於醫用領域，在 19 世紀末開始進入焊接等商業用途。同一時期，乙炔被發現，並逐漸成為常用的焊割氣體，隨後乙炔被發現能夠溶於丙酮，從而使乙炔的遠途運輸成為可能，進一步推動了乙炔的商業應用。
第二階段：工業氣體行業日趨成熟
分餾加工方法的發明和使用，大大降低了工業氣體的生產成本，加速了工業氣體的產業化進程。20 世紀中期，兩次世界大戰和運用氧氣、乙炔焊炬切割的技術有力地推動了工業氣體需求的增長。同時，鋼鐵企業出於減少碳與磷的含量、提高鋼鐵產品質量的考慮，放棄了早期的空氣噴射法而改用氧氣噴射法，新方法的採用使 1965 年全球氧氣產量比 1960 年增加了 10 倍。此外，氮也被大量用作惰性「覆蓋劑」，推動了氣體生產設備的大規模興建。
第三階段：工業氣體行業持續增長
20 世紀 80 年代電子產業的興起推動特種氣體的需求提高。金屬預製及生產等傳統市場消費增大，加上在保健、電子、飲料和食品包裝等終端市場 增加新的應用領域，氣體行業在 20 世紀 90 年代持續增長。能源領域在過去數年成了氣體行業發展的最大動力。氣體作為能源在眾多行業得到廣泛運用， 這使氣體需求在 21 世紀初持續走強。
1.3 、電子氣體分類
電子特種氣體是超大規模集成電路、平板顯示器件、化合物半導體器件、太陽能電池、光纖等電子工業生產不可或缺的原材料，它們主要應用於薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等工藝。電子工業服務的電子氣品種繁多，用途五花八門，它的分類方法亦較為複雜。一般可按電子氣用量的多少分類， 也可以按電子氣的用途分類。
由於製造上的需要，工廠使用了許多種類的氣體。一般我們皆以氣體特性來區分，可分為特殊氣體及一般氣體兩大類。前者為使用量較小的氣體， 如 SiH4，NF3 等，後者為使用量較大的氣體，如 N2，CDA（乾燥壓縮空氣） 等。在半導體製造中，需提供各種高純度的一般氣體用於氣動設備動力、化學品輸送壓力介質或用作惰性環境，或參與反應去除雜質度等不同功能。
根據電子氣的不同用途，電子氣可分為十多類，例如外延晶體生長氣、熱氧化氣、外延氣、摻雜氣、擴散氣、化學氣相沉積氣、噴射氣、離子注入氣、等離子刻蝕氣、載氣、吹洗氣、光刻氣、退火氣、焊接氣、燒結氣和平衡氣等。表 2 列出了電子工業、半導體器件製備工藝中所用電子氣的範例。
1.4 、氣體純度標準
氣體純度的提法有多種，如普通純、高純氣體、電子純、特純等，隨著大規模集成電路（VISL）和特大規模集成電路（ULSI），又有 VLSI 和ULSI 級純的超淨氣體。這些提法都不十分確切，只是粗略地講了氣體純度的高低， 沒有真正說明氣體純度的大小，準確表示氣體的純度主要有兩種方法，即： 用百分數表示，如 99%、99.9%、99.99%等和用「N」表示，如 3N、4.5N 等，N 數目與百分數表示中的 9 的個數對應，小數點後的數表示不足「9」 的數，如 4.5N 表示 99.995%。
根據氣體的純度不同，通常又將氣體純度分為四級，即普通氣體、純氣體、高純氣體和超高純氣體，下表 3 給出氣體純度等級和器件生產工藝上的應用。
1.5 、氣體製造主要技術
氣體行業公司製造氣體通常是先將氣體粗分離，再通過氣體提純技術達到一定的純度，並通過分析測試技術檢驗其純度。此外生產好的氣體如何充狀，如何運輸可以不導致二次汙染和安全問題，也是氣體製造商們需要關注的技術。
氣體分離技術
氣體的分離方法一般包括精餾法、吸附法、膜分離法，其中精餾法應用最為廣泛。精餾法可分為連續精餾法和間歇精餾法，連續精餾法操作穩定、無須對中間產品儲存，並且得到的氣體產品質量好、純度較高，被廣泛的應用於深冷空氣分離裝置工藝，也是管道供氣的主要生產工藝。各類的大型空分裝置已在氣體公司得到應用。對於部分特殊氣體的分離工藝也有採用間歇精餾的方式，連續精餾的方式還有待發展，主要取決於這些氣體產品 需要存貯及產品純度等不同的要求。吸附法分為變壓吸附法和變溫吸附法，與變壓吸附分離法相比，變溫吸附法呈現如下特點：能耗較高、吸附劑有效吸附量小、再生需要加熱介質、吸附劑壽命相對較短、常需與其他工藝配套使用。膜分離法為一種新型的高分離、濃縮提純及淨化技術。
氣體提純技術
在當今的氣體純化技術中，主要有化學反應法、選擇吸附法、低溫精餾法、薄膜擴散法。這些技術的應用使氣體純化在原有的工業級水平上快速發展到高純級和電子級水平，逐步滿足了高端行業的需求，特別是在特種氣體開發領域發揮了尤為重要的作用。其中在吸氣劑、催化劑、膜分離純化技術的應用上，使空分氣體的純度由工業級提升至高純級，豐富了產品種類，滿足不同終端客戶的需求。在高效精餾純化技術上，國內開發出 7N 電子級超純氨產品打破了國外氣體公司對超純氨的壟斷，為產業鏈發展做出了貢獻。基於上述氣體純化技術的日趨成熟，國產高純度矽烷、磷烷、砷烷、四氟化碳、六氟化硫等特種氣體也在相繼進入市場，滿足各行各業的需求。
氣體檢測技術
氣體檢測技術對氣體工業的發展十分重要，隨著氣體應用領域越來越廣， 需求量越來越大，新興行業對氣體純度的要求也越來越高，對氣體中雜質含 量的檢測分析，也從早期的常量級逐漸發展到 10-6（ppm）級、10-9（ppb） 級甚至 10-12（ppt）級。
氣體混配技術
氣體混配技術是指兩種或兩種以上純氣體以不同的濃度混合配製而成的，且其中各組分（主要指配製組分）濃度為已知的一種混合氣體生產技術。通過氣體混配技術生產的混合氣體是一種高度均勻的、穩定的，且組分濃度值高度準確的氣體產品。混合氣體的配製過程中，主要有爆炸性混合氣體的配製，如煤化工領域使用的空氣中甲烷標準混合氣體的配製，有產生爆炸的風險；有機混合氣體的配製，如石化領域使用的天然氣中丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等標準混合氣體的配製等。
容器處理技術
容器處理是氣體提純過程中一個很重要的步驟。隨著氣體純度的提高、產品種類的增多，對包裝容器的要求也越來越高。比如高純氣體對儲存設備內壁的光潔度要求、腐蝕性氣體對內壁的耐腐蝕性要求、吸附性氣體對內壁的防吸附要求，都是生產高純乃至超純氣體所面臨的問題。隨著行業的發展， 氣體產品在包裝容器的處理上也開發出相應的技術，如儲存設備的高壓蒸汽清洗、超純水清洗、機械拋光、拋丸研磨、分子泵機組負壓置換以及容器安定化技術。
氣體充裝技術
容充裝過程是工業氣體生產過程中的重要環節。由於工業氣體的儲存設備屬於特種設備，且其具有移動和重複充裝的特點，比其他壓力容器更為複雜並具有一定的危險性。因此，氣體容器的充裝、貯運和使用必須嚴格按照有關標準規定操作，在使用過程中的定期檢驗是主要的安全保障。
2、重要電子氣體介紹
2.1 、矽烷（SiH4）：最好的矽源材料，用於外延晶體生長
矽烷熔點-185℃，沸點-112℃，在空氣中會自燃，與空氣可形成爆炸性混合物，空氣中的爆炸極限為體積分數 0.8%~98.0%；室溫下可以滷素或重金屬滷化物激烈反應。矽烷加熱到 400 攝氏度開始分解為非晶態矽和氫氣，600 攝氏度以上分解生成晶體矽，半導體工業主要採用該方法來生產多晶矽。矽烷毒性很大，會強烈刺激人的呼吸道，中毒者可能出現頭痛和噁心等症狀， 吸入量較大時會引起呼吸及淋巴系統產生生理病變。
矽烷是電子氣體中應用最廣、影響最大的氣體品種，因為矽烷易燃、易爆、純度要求 很高，技術難度很大，所以矽烷也是一個國家氣體實力的重要標誌之一。單矽烷作為一種提供矽組分的氣體源，可用於製造高純度多晶矽、單晶矽、微晶矽、非晶矽、氮化矽等多種金屬矽化物，因其高純度和能實現精細控制，已成為許多其他矽源無法取代的重要電子特種氣體。單矽烷廣泛應用於微電子、光電子工業，用於製造太陽能電池，平板顯示器等， 並且是至今為止世界上唯一的大規模生產粒狀狀高純度矽的中間產物。矽烷製造可分為矽化鎂法、氫化鋁鋰法和 UCC 工藝（非均化法）。
矽烷的製造技術被幾個發達國家掌握，所採用的而工藝也比較集中，在合成技術上比較成熟，幾十年來沒有太大的變化，不同的是淨化技術有突破性的進展，純度等級不斷提高。目前國際上矽烷主要製造商是日本小松電子金屬公司、三井東亞化學公司、帝國氧氣公司、美國普萊克斯（原 UCC 公司）、APCI 公司、曼特森公司、液體碳素公司。
中國矽烷製造始於 20 世紀 70 年代，為滿足超純矽的生產需求，國內許多三氯氫矽生產廠家再從事三氯氫矽、四氯化矽生產的同時也開展了矽烷合成淨化系列研究，建起數家矽烷生產廠家，大多採用日本小松電子法。受條件所限，很多企業都停止生產，目前國內只有南京華夏特氣公司、浙江大學還在生產。受國際矽烷價格的衝擊，再加上生產規模較小，產品純度不高或者批量產品純度不穩定，國產矽烷主要用於矽化玻璃的矽化膜生產以及太陽能光伏產業，高純度的矽烷國內基本上是空白，主要依賴進口。
2014 年 12 月 21 日，上海交通大學肖文德教授以多功能反應技術完善了 UCC 工藝中存在的三氯氫矽轉化率低的不足，將其純度提高到 99%以上水平，在河南試車成功。該項目的成功標誌著我國高純度矽烷大規模生產技術獲得突破，此舉對我國矽烷乃至亞洲矽烷市場起到了十分重要的影響，也正式打破了我國高檔矽烷依賴進口的局面。
2.2 、砷烷（AsH3）：獨一無二的砷源化合物，因劇毒國內目前難以生產
AsH3 在室溫和大氣壓下是一種無色、劇毒、可燃氣體，有大蒜氣味。與空氣混合形成可燃混合氣。砷烷微溶於水和有機溶劑，易與高錳酸鉀、溴和次氯酸鈉等起反應生成砷的化合物。砷烷在室溫下穩定，在 230-240℃下開始分解。砷烷是一種溶血性毒物，可導致神經中毒。
AsH3 是 GaAs、GaAsP 生長，N 型矽外延、擴散、離子注入摻雜等不可缺少的基礎材料，因其劇毒、純度要求高，合成、淨化難度大等因素，目前能製造 AsH3 的國家數量不多，同時由於 AsH3 的劇毒性，在當今的國際大背景下，進口十分麻煩。
AsH3 的合成方法非常經典，也是目前較為普遍的工藝。製備分兩步： 原料的合成採用混合的 Zn 粉及 As 粉在 600-620℃下高溫合成，其反應： Zn+As→Zn3As2；另一步是用 Zn3As2 同稀硫酸作用， Zn3As2+H2SO4→ AsH3+ZnSO4，產品的收率為 80%以上。生成的 AsH3 雜質的含量取決於Zn3As2 的純度，通過系列的提純單元，AsH3 純度大於 5.5N 以上。
AsH3 是製造半導體化合物砷化鎵的重要材料，迄今為止尚無 AsH3 的替代用。砷烷在國內是緊俏產品，儘管許多單位聲稱已經擁有砷烷生產技術， 但砷烷及其含砷化合物均屬劇毒品，因此很難滿足國家系列生產許可。在目前國內的安全大背景下，很少有企業願意冒風險開展此類工作。2015 年的天津爆炸事件對我國 AsH3 的國產化更是增加了難度。從技術層面看合成砷烷與合成磷烷有許多相似之處，唯一的差別就是二者的毒性之別。2018 年， 南大光電公司控股子公司全椒南大光電生產的高純磷烷、砷烷純度達到 6N 級別，產品依託母公司成熟的銷售渠道和優良的技術支持，已在 LED 行業取得主要的市場份額，貢獻了較好的銷售業績。
2.3 、一氧化二氮（N2O）：介質膜工藝氣體，目前國內產能即將增長
一氧化二氮是一種無色有甜味氣體，在一定條件下能支持燃燒，但在室溫下穩定，有輕微麻醉作用，並能致使人發笑，俗稱笑氣。
一氧化二氮作為電子氣體主要用於半導體光電器件研製生產的介質膜工藝，是直接影響光電器件質量的不可替代的關鍵點子氣體。高純一氧化二氮是PECVD 工藝積澱 SiO2 膜，掩蔽膜、鈍化膜、器件抗反增透膜的重要原料。N2O 純度直接影響到SiO2 膜純度，如果雜質含量高，沉積的SiO2 膜顆粒多、不光亮，產生表面折射率不均勻等現象，不利於光刻工藝的進行。如果 N2O 中微量水含量高，可造成 SiO2 膜含氫量大，緻密性達不到要求，導致器件工作狀態不穩定，抗電磁輻射能力不強。因此為保證光電器件產品的質量和可靠性，要求一氧化二氮純度必須在 5N 以上。
高純 N2O 通常採用醫用 N2O 為原料，經過脫 NH3、CO2、H2O、NO、NO2 等工藝，然後進行低溫精餾出去 N2O 中的 O2、N2、H2 等輕組分雜質， 為了獲得低溫在精餾塔上還增加了壓縮、節流循環系統，其產品最高可達5.8N 級標準。
曾經我國高純N2O 供應嚴重不足，大多從韓國進口。北京某合資企業很早就有 N2O 生產線，但是只能生產醫用級 N2O；廣州增城某企業採用老廣氣的溼法技術合成 N2O，也無高純 N2O 產品；鎮江某外資企業雖然生產高純 N2O，但是因為設備老舊，產量不高。2015 年，吳江 Messer、法液空等公司引進當時世界最新的硝酸銨幹法分解生產超純笑氣設備，已經生產大量 的高純笑氣，滿足我國各領域對高純 N2O 的需求，該工藝是目前國際通用化流程，只是設備價格一漲再漲，對於許多小微企業而言比較貴。國內以尼龍 單體生產尾氣回收的提純工藝正如火如荼地開展，待尾氣回收工藝順利完成， 我國的笑氣產能將完全甚至超過市場的需求量，估計未來價格也會像高純氨 一樣急劇下降，由於屬於尾氣回收，如何確保上遊尾氣順利持續的供給是一 個應關注的問題。
2.4 、氨氣（NH3）：電子工業中氮化膜的成膜氣體，是化學氣相沉積重要的「氮」源
在微電子工業中，高純氨是不可缺少的原材料之一。它主要用於半導體器件、集成電路製造中的氮化矽掩膜生長過程和製造磷化鎵綠色發光材料的摻氮過程。在矽片沉積生長氮化矽掩膜時，高純氨中即使僅含百萬分之五十的微量水分時，得到的只是氧化矽，而不是所需要的氮化矽。同樣含有微量氧（大於百萬分之三）的氨氣用於磷化鎵摻氮會帶來深能級的氧雜質，使二極體發出的綠光（波長 500nm）中摻雜有紅外光（波長 900nm）和紅光（波長 700nm），高純氨中的油分等其它雜質對半導體器件的危害也相當大。
工業液 NH3 經加熱氣化在一級乾燥脫油吸附器內除去絕大部分的 H2O 和所有的油分、有機物等其它複雜的雜質。一級吸附器是由兩種吸附劑組成,， 由於它們的再生溫度相似，且吸附劑Ⅰ脫附的 H2O 對吸附劑Ⅱ的再生相當有利，同時也為了減少設備投資，將二者裝於同一吸附劑器內，在裝填時二者必須分層。經初步脫 H2O 和脫油後的氨，又經二級乾燥器進行深度除 H2O。二級乾燥器也是由兩種吸附劑構成。一種吸附劑利用其對 H2O 有較大的吸附容量，另一種則利用其吸附深度。脫油、脫水後的氨仍含有大量的輕組分 ( N2、O2、CH4、H2) 。由於它們在吸附時不易被吸附，因此，採用精餾的方法處理。乾燥後的氨氣，在精餾塔的塔頂冷凝器內冷凝後變為液氨同塔釜蒸發的 氣態氨進行逆流接觸，在填料塔內進行氣液傳遞，經精餾輕組分不斷濃縮於 塔頂，經放空後的氨，得到符合要求的液氨，經超微過濾器，除去灰塵等顆 粒，在冷凝器內冷凝降溫而充瓶。
我國高純氨規模化生產始於 1999 年，受到前幾年太陽能、LED 領域的需求刺激，我國境內如雨後春筍般地興起了高純氨投資熱，推動了該產品整體水平的提高，同時也因為技術單一（許多廠家的技術都是來自韓國）， 重複性明顯，也導致我國高純氨產能已經處於嚴重的飽和狀態。我國氨提純技術同歐、美、日仍存差距，針對氨中的某些雜質僅僅靠吸附、精餾傳統手段。同巴斯夫公司的高純氨相比，我們國產高純氨仍需要對更多的未知雜質進行有效的確定。因為國產原料液氨的組成更為複雜，我們除了強調氣體純度達到幾個「9」，也要更加關注有害雜質的種類和含量。
2.5 、三氟化氮（NF3）：氣體清洗劑，目前國內已打破技術壟斷
在三氟化氮熔點-208.5℃，沸點-129℃，沸點時液體的相對密度 1.89。NF3 是三滷化氮中最穩定的一種，但和水、氫氣、氨氣、一氧化碳或硫化氫等的混合氣體遇火花即發生猛烈爆炸。高純 NF3 幾乎沒有氣味，它是一種熱力學穩定的氧化劑，大約在 350℃左右可分解成為二氟化氮和氟氣，高溫下能與許多元素反應，可作為游離基的供給源。
作為半導體工業氣體清洗劑的全氟烴（PFC）對環境有害，近年來有逐漸被 NF3 取代之勢。使用比 F2 穩定且易於處理 CVD 箱，與 PFC 相比可減少汙染物排放量約 90%，且可顯著提高清洗速度，從而可提高清洗設備能力約 30%。NF3 也是微電子工業中優良的等離子刻蝕氣體，對矽和氮化矽刻蝕，有更高的刻蝕速率和選擇性，而且對表面無汙染，尤其在小於 1.5μm 的集成電路材料額是可重，NF3 有非常優良的時刻速率和選擇性，在被刻蝕表面不留任何殘留物質。
NF3 的生產方法主要有 2 種，氟氨化合法和電化學法：
3、中國電子氣體現狀
在半導體材料中，電子氣體是僅次於大矽片的第二大市場需求，電子氣體在 2016 年的半導體材料市場佔比達 14%。隨著半導體產業的發展，電子氣體市場也隨之增長。2016 年全球電子特種氣體市場規模為 38.9 億美元， 並於 2018 年增長至 45.12 億美元，較 2016 年增長 15.93% 。而隨著全球半導體產業鏈向國內轉移，國內電子氣體市場提速明顯，遠高於全球增速。根據中國半導體行業協會統計的數據，2010-2018 年，我國的電子特殊氣體行業的市場規模一直維持著高速發展的趨勢，已在2018 年達到121.56 億元， 較 2017 年同比增長 11.19%。
近年來國內半導體市場發展迅速，在建和未來規劃建設的產能為電子氣體提供了廣闊的空間。隨著半導體集成電路技術的發展，對電子氣體的純度和質量也提出了越來越高的要求。電子氣體的純度每提升一個數量級，對下遊集成電路行業都會產生巨大影響。2014 年國家發布了《國家集成電路產業發展推進綱要》並設立了集成電路產業投資基金，根據規劃，我國集成電路銷售額年均增速將保持在 20% 左右，預計 2020 年將達到 8700 億元。若國內半導體集成電路用電子氣體保持同樣穩定的增速，其 2020 年市場規模將在 2018 年的基礎上增長 44%。
3.1 、行業集中度高，本土企業逐步崛起
工業氣體市場集中度高，寡頭壟斷明顯
經過多年的發展和兼併收購，全球工業氣體市場已經形成了少數幾家氣體生產企業佔據全球市場大多數份額的市場格局。根據 SAI 公司的統計數據： 2013 年全球工業氣體市場上，前四大生產廠商全球工業氣體市場上， 前四大生產廠商——法國液化空氣集團（ALAL）、德國林德集團（Linde）、 美國普萊克斯集團（PRAXAIR）和美國空氣化工產品集團（AirProducts） 共佔據 75%的市場份額，市場高度集中。2018 年 10 月 23 日，林德集團宣布與美國普萊克斯集團完成對等合併，成為全球最大的工業氣體業務供應商業務供應商，同年合併後三大氣體巨頭（林德、液化空氣、空氣化工）佔據全球工業氣體外包市場 76.71%的的份額。
相比於傳統的大宗氣體，電子氣體行業由於具有較高的技術壁壘，市場集中度極高。 2018 年全球半導體用電子氣體市場中，美國空氣化工、美國普萊克斯、德國林德集團、法國液化空氣和日本大陽日酸株式會社等五大公司控制著全球 90% 以上的市場份額，形成寡頭壟斷的局面。在國內市場， 海外幾大龍頭企業也控制了 85%的份額，我國電子特氣受制於人的局面十分嚴重。
本土氣體企業逐漸崛起，與外資巨頭形成錯位競爭
中國工業氣體市場隨著改革開放後經濟的高速發展而迅速發展壯大。較早發展起來的是以現場制氣為主要供氣方式的大宗集中用氣市場。 20 世紀
80 年代起，以液化空氣、林德集團為代表的外資氣體供應商開始進入中國市場，並依靠雄厚的資金實力和豐富的項目運作經驗迅速佔領了國內製氣市場。隨著國內技術進步和產業轉型升級，以盈德氣體、寶鋼氣體為代表的中國本 土氣體公司也加入了大規模現場制氣的競爭，憑藉著成本以及本土化優勢， 在國內市場上佔據了一定的市場份額。
由於工業氣體行業較空分設備行業具有市場容量大、現金流穩定、行業 周期性波動小等諸多優勢，近年來國內大型的空分設備生產企業如杭氧股份、四川空分集團也開始由單純的設備製造商向大型現場制氣供應商轉型。目前 國內大型現場制氣市場形成了外資巨頭、國內專業氣體供應商、空分設備制 造商共同競爭的局面，競爭較為激烈。
3.2 、短期內技術難以攻克
國內外企業市場份額佔比懸殊的主要緣由之一便是難以在短期內彌補的技術差距。特種氣體生產是一個系統工程，涉及到氣體的深度提純技術、痕量雜質分析檢測技術、氣瓶的內表面處理技術、有毒尾氣的解毒處理技術等。電子氣體技術無法攻克的原因有很多：
一是深度提純技術難度較大。據浙江大學半導體材料研究所研究員京松介紹，以矽烷為例，將其純度由 4N 提純到 6N 中間有漫長的道路，除了要解決普通氣態雜質的純化問題，還要將金屬元素淨化到 10-9 級和 10-12 級， 為此要開發新的工藝或新的吸附劑、催化劑。
二是包裝盒儲運跟不上。超高純氣體的生產和應用都要求使用高質量地氣體包裝儲運容器、相應的氣體輸送管線、閥門和接口，以避免二次汙染的發生。國際知名的氣體公司均獨立開發了適用於當代電子氣體包裝儲運的氣瓶和氣瓶處理技術。國內在這方面尚未進行過系統研究開發工作，與國外差距甚大。
三是分析檢驗觀念落後。國外已研發出系統完整的分析測試方法和現場分析儀器，對電子氣體中危害較大的雜質組分、顆粒以及金屬離子等退出了多種分析儀器。而我國在「產品是生產出來的，不是檢測出來的」這一指導思想下，對電子氣體生產應用領域分析檢測技術的研究開發工作不夠重視。目前國內的分析測試技術水平尚不能與國際接軌。
據不完全統計，國內目前能提供的主要的電子氣體純度如下表所示：
3.3 、國產電子氣體難以進入集成電路等領域
雖然從技術層面看，國內有些企業已經基本具備了生產高純電子氣體的能力，但卻無法進入集成電路等領域的主要原因有三點：
一是本土電子氣體的生產和供應商規模較小，不能夠為用戶提供全方位的服務。和國際巨頭相比，國內供應商總的來說體量較小，目前大多通過低價競爭的方式佔領有限的市場份額，本土供應商之間競爭激烈，從而導致價格快速下滑，利潤很薄，甚至虧損。
二是電子氣體，特別是高純電子氣體，是影響電子器件的可靠性和成品率的重要因素。隨著電子信息技術的飛速發展，對電子氣體的質量穩定性要求也越來越苛刻。如果一種電子氣體產品在集成電路製造工藝中通過驗證， 這樣的純度和質量要求就被鎖定了。晶片製造商不希望看到產品的質量有任何變化，即使是純度的進一步提高也可能產生意想不到的問題。所以電子材料生產過程的任何改變，包括更換原材料供應商、生產工藝的變動等，都必須及時通知晶片製造商，根據情況決定是否重新進行驗證。國內企業生產的電子氣體發生過多次質量事故問題，影響了晶片製造商對本土電子產品的信任度。
三是國內電子氣體產品的包裝、儲運未能和現代電子工業的要求接軌。為了節省成本，低價競爭，許多企業在包裝、儲運等方面降低了要求，因此出過種種問題。
3.4 、行業壁壘明顯
技術壁壘
工業氣體品種繁多，不同種類工業氣體的生產工藝各不相同。比如：氧氣、氮氣、氬氣需要通過空氣分離獲得；氫氣、氦氣、LNG 等特種氣體和清潔能源需要通過化學反應或開採的方式獲得，公司主要通過尾氣回收並提純得到；醫用氧需要得到 GMP 認證；食品級氮氣需要在潔淨的環境下生產等。高純、超純氣體的生產製備要求更高，首先要對純度較低的原料工業氣體進行全分析，其次根據雜質成分的複雜程度來設計生產工藝和設備，精度要求很高。
在充裝方面，氣體充裝工藝過程包括分析、置換、清潔、清洗等。首先要對儲存設備中的餘氣進行純度檢測分析，檢驗其是否達到標準要求，若未達到需先置換合格後再進行充裝，以防產品交叉汙染。在充裝完畢並分析合格後，須進行防塵和施封后方可交付客戶使用。
在配送方面，工業氣體屬於危險化學品，必須使用專業存儲運輸設備， 並嚴格按照安全生產、安全運輸等規程操作。
因此，從事專業氣體生產的企業，需擁有先進的生產設備，積累豐富的氣體純化、容器內壁處理、氣體充裝、氣體分析、氣體檢驗等技術，並擁有大批經驗豐富的技術團隊和工程力量。這形成較高的技術壁壘阻擋了潛在的進入者。
渠道壁壘
渠道對於專業氣體生產企業的業務，特別是具有區域性特徵的瓶裝氣體和液態氣體業務尤為重要。由於氣體行業具有單個客戶銷售額較小，需要依靠大量的客戶來完善銷售網絡鋪設的特徵，因此，銷售網絡的鋪設周期一般較長、難度較大。一旦在區域內確立競爭優勢，會對潛在競爭對手形成較高的競爭門檻，先發優勢較為明顯。
資金壁壘
工業氣體行業生產環節需要較大規模的固定資產投入，為了保證產品質量的穩定性，還需要投入大量精密監測和控制設備。同時，氣體作為消耗品只能以氣態和液態的形式存在，需要專業的儲存設備，針對瓶裝氣體用戶需要投入大量的氣瓶；針對液態氣體用戶則需要投入液態儲罐、氣化器、減壓裝置等固定資產。工業氣體作為危化品，需要具有危化資質的專門運輸設備， 還應當對運輸的全過程進行跟蹤監測和嚴格控制，由此帶來的運輸及監控設備投入也較大。上述因素導致工業氣體行業重資產的屬性較為顯著，對潛在進入者形成較高的資金壁壘。
資質壁壘
由於氣體易燃易爆，易導致窒息等特點，我國政府把工業氣體作為危險 化學品納入監管，工業氣體的生產、充裝、儲存、運輸、經營等都有嚴格的 規定。近年來國家環保部、安全生產監管總局、工信部等多個國家部門對危 化企業的生產經營、危化品的道路運輸監管日益趨嚴，要求相關企業嚴格執 行包括《環境保護法》、《危險化學品安全生產「十二五」規劃》等法律條 例，已在全國範圍內督促多家危化企業整改、搬遷或關停。行業內企業在新 的區域開展工業氣體業務需要向安全生產監督管理、質量技術監督管理、食 品藥品監督管理等政府部門申請相應的許可證書，從而形成較高的資質壁壘。
人才壁壘
工業氣體企業的生產運營需要大批專門人才。首先，工業氣體企業的自主研發和創新能力最終體現在技術人員的專業能力上，由於本行業的生產技術具有很強的應用性和專業性，新進人員需要在生產和研發實踐中進行多年的學習和鍛鍊，才能勝任技術研發工作；其次，工業氣體生產和銷售過程中技術節點較多、組織調度複雜，即便是充裝和運輸過程中的司機、押運員也需要相關危化品從業資格證才能上崗，基層生產和銷售人員的培養極為重要； 另外，本行業的產品銷售對象明確，銷售人員必須具備一定專業技術能力才 能精準而深度地挖掘客戶需求；最後，氣體行業內人員流動性較小，從市場 上難以找到成熟和適格的人才，需要立足於企業自身多年的專業化培養，這 需要一定時間和過程。綜上所述，工業氣體行業具有較高的人才壁壘。
市場壁壘
氣體行業的下遊絕大部分客戶是專業生產廠家 並非終端消費產品，因此難以通過廣告等常規營銷手段在短期內建立市場品牌。下遊客戶對氣體產品的質量、品牌和服務的認同需要建立在長期合作的基礎上。氣體開始供應的同時，氣體供應商的服務隨之體現。能夠提供綜合解決方案的供應商由於其完善的服務，能滿足客戶多樣化的需求，並可為客戶節約成本，往往具有較強的競爭優勢。供應商的服務一旦得到認可，客戶考慮質量、服務等因素通常不會變更供應商。所以氣體產品的服務差異性很大，在很大程度上成為潛在競爭對手進入的障礙。
3.5 、國家政策積極推進行業發展
工業氣體產業近年來得到國家政策的大力支持。國家發改委、科技部、工信部 、財政部等多部門相繼出臺多部新興產業相關政策，均明確提及並部署了工業氣體產業的發展，並且對於特種氣體確立了其新材料產業屬性， 有力推動了工業氣體產業的發展。
目前國家開展了 02 專項「高純電子氣體研發及產業化」，由中船重工第七一八研究所將組織江蘇南大光電、中昊光明化工、洛陽黎明化工、佛山華特氣體和大連科利德等單位，共同研究開發集成電製造工藝用特種氣體製備關鍵共性技術，開發 IC 製造過程離子注入、擴散、刻蝕等關鍵工藝用電子氣體和源產品，形成批量生產。
除此之外，工信部、財政部和保監會三部門聯合建立的新材料首批次應用保險補償機制對符合條件的電子氣體產品最高補償高達 5 億元人民幣，為內資企業增添了一份底氣。同時，國家發改委印發《增強制造業核心競爭力三年行動計劃（2018-2020 年）》中也再次提到了多種電子氣體產品。
但儘管有了相關政策的支持，要真正的實現電子氣體的大規模本土化， 擺脫對進口材料的依賴依然任重道遠。一方面電子氣體企業必須在尊重市場經濟規律的前提下實現兼併重組，減少惡性競爭和重複投資的浪費，優化資源的使用，提升企業的創新能力。企業還要更新理念，引進 6 西格瑪等先進質量管理體系，配備了解 IC 製造等電子工業工業製造的應用工程師，提供配套支持和全方位的服務。另一方面，國家應該在資金投放和稅收政策等方面，積極的引導兼併/重組，幫助強的企業變得更大更強，讓弱的企業、管理能力差的企業融入強的企業或自然地退出市場。通過政策激勵，充分引導社會上的資金參與電子氣體產業建設，幫助企業做大做強。通過這兩方面，中國有望在 5-10 年內形成一到兩家大型的、專業全面提供配套產品和全方位服務的，國內國際知名品牌的電子氣體材料企業。
3.6 、未來發展趨勢
特種氣體市場規模快速增長
經濟新常態下更加強調經濟結構的優化升級，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、環保、醫療等產業對中國經濟增長的貢獻率將愈加突出。特種氣體作為上述產業發展不可或缺的關鍵性材料，其市場規模將繼續保持高速發展。根據卓創資訊統計，2010-2017 年中國特種氣體市場平均增速達 15.48%，2017 年中國的特種氣體市場規模約178 億元，其中集成電路、顯示面板、光伏能源、光纖光纜等半導體領域的特種氣體市場規模約 100 億元。同時，根據卓創資訊的預計，2018-2022 年中國特種氣體市場規模的增速仍將高達 15%以上，到 2022 年中國特種氣體市場規模將達到 411 億元。特種氣體將為中國新興產業的發展注入新動力。
而在全球範圍內，特種氣體同樣保持了較高的增速， 2017 年全球特種氣體市場規模達 241 億美元，較 2016 年同比增長 11.55%，特種氣體市場空間廣闊。
特種氣體國產化為大勢所趨
自 20 世紀 80 年代中期特種氣體導入中國市場，中國的特種氣體行業已經經過了 30 年的發展和沉澱。隨著不斷的經驗積累和技術進步，業內領先企業已在部分產品上實現突破，達到國際通行標準，逐步實現了進口替代， 特種氣體國產化具備了客觀條件。在需求層面，國內近年連續建設了多條 8 寸、12 寸大規模集成電路生產線、高世代面板生產線等，為保障供貨穩定、服務及時、控制成本等，特種氣體國產化的需求迫切。此外，近年來國家相繼發布《 「十三五」國家戰略新興產業發展規劃 》、《 新材料產業指南》等指導性文件，旨在推動包括特種氣體在內的關鍵材料國產化。因此，在技術進步、需求拉動、政策刺激等多重因素的影響下，特種氣體國產化勢在必行。
技術研發日益受到重視
目前國內專業氣體生產企業的研發實力與世界領先水平還有一定的差距，例如高純原料氣的分析檢測技術、容器處理和儲運技術等。工業氣體， 特別是特種氣體對容器處理過程要求非常高，跨國公司均獨立開發了配套使用的氣體閥門、管線和標準接口，避免了二次汙染，大大提高了產品純度，也提升了高純氣體的產量。跨國公司利用自身的資本優勢和百餘年氣體行業發展的積累，在工業氣體行業相關技術和應用上，一直處於世界領先的水平。
國內專業氣體生產企業在快速發展中對技術研發也越來越重視，技術研發實力也有長足的進步，一部分生產、檢測、提純和容器處理的技術已經達到國際標準。隨著高純氣體的應用越來越廣，對純度、質量、穩定性要求越來越高，國內氣體企業逐步加大了對高純氣體原料氣分析檢測技術的投入力度，部分領先企業已掌握了較為完整的分析測試方法，並能夠自主生產現場分析儀器，其中許多儀器已為標準配置。
近年來，下遊應用領域的逐步擴展促使特種氣體的品種與日俱增。隨著非低溫氣體分離技術（吸附、膜分離）、混配技術和提純技術的發展，更多的特種氣體產品逐步走向市場。據不完全統計，現有特種氣體達 260 餘種， 特種氣體已成為高科技應用領域不可缺少的基本原材料。
行業競爭將逐步趨向於綜合服務能力的競爭
氣體的產品種類豐富，而多數客戶在其生產過程中對氣體產品亦存在多樣化需求，例如集成電路製造需經過矽片製造、氧化、光刻、氣相沉積、蝕刻、離子注入等工藝環節中，需要的特種氣體種類就超過 50 種，出於成本控制、倉儲管理、供應穩定等多方面考慮，客戶更希望能在一家供應商完成多種產品的採購，對氣體公司所覆蓋的產品種類提出了更全面的要求。隨著下遊行業的產品精細化程度不斷提高，客戶所需的產品定製化特點明顯，要求氣體供應商能夠根據其需求進行定製化生產，對氣體供應商的技術與工藝水平提出了較高要求。此外，由於氣體產品的特殊性，其使用過程中的包裝物、管道以及供氣系統的處理均會對最終使用的產品性能產生影響，因此客戶更希望供應商能夠提供氣體包裝物的處理、檢測、維修，供氣系統、潔淨管道的建設、維護等全面的專業性增值服務。
由大宗集中用氣市場向新興分散零售市場拓展
工業氣體行業按照供氣方式不同可分為傳統的大宗集中用氣市場和新興分散零售市場。近年來，隨著國內電子、機械製造、光纖光伏等新興產業的快速發展，新興分散用氣市場不斷發展壯大，這一市場的特點是客戶對單一氣體需求量相對較小，但對氣體品種需求較多，供氣方式以瓶裝氣體或液態氣體零售為主。由於外資企業在國內的發展戰略主要定位於大型管道供氣或現場制氣的大宗供氣市場，因此零售氣體市場與中小型現場制氣市場已成為內資企業爭奪的焦點。
目前，鋼鐵、化工等傳統大宗用氣市場規模相對較為穩定，用氣品類也較為單一，新興分散零售市場用氣數量和種類在工業氣體應用中佔比越來越高，有逐漸超過傳統行業用氣市場需求的趨勢。
專業社會化外包佔比提高
早期國內工業氣體行業主要以大型國有企業自建空分設備自供氣體，富餘生產能力外銷的模式為主；同時，也有許多空分氣體需求規模較小的企業使用小型高能耗空分設備自行制氣。目前國內市場中，大型工業用戶主要用氣模式仍以自產自銷為主，對於自產自銷的大型工業用戶來說，由於空分設備的實際產量與企業用氣需求存在一定差異，再加之供氣不穩定的影響，導致企業設備綜合利用率較低，當期無法消耗的產品多被放空，資源浪費現象突出；對於數目眾多、用氣規模較小的中小型工業用戶而言，目前則主要改為採用外包給專業氣體生產企業供氣這種更經濟的模式。未來這種專業社會化外包佔比提高的趨勢將給專業氣體生產企業帶來巨大增長機遇和廣闊的市場空間。
尾氣回收循環再利用模式佔比擴大
特種氣體或合成氣體不能直接通過空氣分離的方式獲取，需要通過化學反應等其他方式來獲得，生產成本相對較高。這一類氣體可以利用尾氣回收的方式生產，提高資源利用效率。尾氣回收模式是指專業氣體生產企業回收其他工業企業在生產過程中產生的富含某種具有經濟價值的氣體的尾氣，並淨化提純再利用的生產模式。這種模式能夠幫助產生尾氣的企業達到低成本的危廢處理、節能減排的目的，同時也能夠實現尾氣的循環利用，豐富專業氣體生產企業自身的上遊資源，並創造經濟效益。
尾氣回收包括氫氣回收、氦氣回收、氬氣回收、天然氣回收、氨氣回收、二氧化碳回收等，市場容量和開發潛力巨大。
國內氣體企業亟需整合壯大
根據智研諮詢數據，2018 年全球工業氣體市場規模為 1220 億美元， 2010 至 2018 年間年均增速 9.1%。我國工業氣體行業發展迅速，2018 年我國工業氣體規模已達到 1350 億元，2010-2018 年 CAGR 達到 16.1%左右， 為快速增長時期，大大快於全球市場增速。未來中國工業氣體行業的市場空 間將持續擴大，但同時也使中國成為世界幾大工業氣體公司的重點發展區域。
目前，全球各大工業氣體企業均以合資或獨資等方式在國內設立了分子公司。國內專業氣體生產企業由於產品特性、銷售半徑等特徵，一般為區域性企業，並受制於設備、技術、資金、物流等多方面因素，發展存在較大瓶頸，因此一直以深耕細作區域市場為核心，並通過兼併整合，完善區域性布局，向周邊地區延伸。在這一背景下，國內專業氣體生產企業亟需整合行業內資源，發展壯大，才能與國外公司展開全面競爭。
4、氣體在半導體晶片行業中的應用
4.1 、製程介紹
集成電路微晶片製造涉及矽片製備、矽片製造、矽片測試/揀選、裝配與封裝、最終測試等五個大的製造階段。這五個階段是獨立的，在半導體公司內均具有大型基礎設施，並且有提供專用化學材料和設備的工業支撐網。僅在獨立階段運營的公司（像僅製造晶片的晶片公司），必須滿足業界標準以確保最終微晶片滿足性能目標。
4.2 、電子氣體的應用
外延沉積
外延沉積是為了在襯底晶圓上鍍上一層薄膜作為緩衝層阻止有害雜質進入矽襯底。常用的方法有化學氣相沉積法（CVD）和物理氣相沉積法（PVD），各有所長，因化學氣相沉積法用到大量電子氣體，因此在這主要介紹化學氣相沉積法。
化學氣相沉積(Chemical vapor deposition，簡稱 CVD)是反應物質在氣態條件下發生化學反應，生成固態物質沉積在加熱的固態基體表面，進而製得固體材料的工藝技術。它本質上屬於原子範疇的氣態傳質過程。CVD 通常包括氣體傳輸至沉積區域、膜先驅物的形成、膜先驅物附著在矽片表面、膜先驅物粘附、膜先驅物擴散、表面反應、副產物從表面移除、副產物從反應腔移除等八個主要步驟，會產生很多非等離子熱中間物，一個共性的方面是這些中間物或先驅物都是氣體。
在半導體工業中，在仔細選擇的襯底上選用化學氣相澱積的方法，生長一層或多層材料所用的氣體叫作外延氣體。常用的矽外延氣體有 SiH2Cl2、SiCl4 和 SiCl4 等。外延主要有外延矽澱積、氧化矽膜澱積、氮化矽膜澱積， 非晶矽膜澱積等。外延是一種單晶材料澱積並生長在襯底表面上的過程。常用半導體外延混合氣組成如下表 10 ：
刻蝕
刻蝕是採用化學和物理方法，有選擇地從矽片表面去除不需要的材料的過程。刻蝕的目的是在塗膠的矽片上正確地複製掩膜圖形。分為刻蝕方法有溼法化學刻蝕和幹法化學刻蝕。溼法刻蝕是利用溼電子化學品通過化學反應進行刻蝕。幹法化學刻蝕利用低壓放電產生的等離子體中的離子或游離基與材料發生化學反應，通過轟擊等物理作用達到刻蝕的目的。其主要的介質是氣體。幹法刻蝕的優點是各向異性（即垂直方向刻蝕速率遠大於橫向速率） 明顯、特徵尺寸控制良好、化學品使用和處理費用低、刻蝕速率高、均勻性好、良率高等。常用的幹法刻蝕是等離子體刻蝕。
矽片刻蝕氣體主要是的氟基氣體，包括 CF4、SF6、C2F6、NF3 等。但由於其各項同性，選擇性較差，因此改進後的刻蝕氣體通常包括氯基（Cl2） 和溴基（Br2、HBr）氣體。常用的刻蝕氣體如下表 11：
摻雜
在半導體器件和集成電路製造中，將某些雜質摻入半導體材料內，使材料具有所需要的導電類型和一定的電阻率，以製造電阻、PN 結、埋層等， 摻雜工藝所用的氣體稱為摻雜氣體。主要包括砷烷、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氟化硼、乙硼烷等。通常將摻雜源與運載氣體（如氬氣和氮氣）在源櫃中混合，混合後氣流連續注入擴散爐內並環繞晶片四周，在晶片表面沉積上摻雜劑，進而與矽反應生成摻雜金屬而徙動進入矽。常用摻雜混合氣如下：
4.3 、市場規模分析
隨著我國經濟結構調整，新興產業，特別是計算機、消費電子、通信等產業規模持續增長，大大拉動了對上遊集成電路需求。近幾年我國從國家信息安全戰略層面不斷加大對集成電路產業的政策支持力度，同時，伴隨國內集成電路技術的積累，國內近幾年集成電路產業規模持續增長，2014 年至2019 年期間複合增長率達到 13.45%，2019 年，產值已達到 1494.8 億。
快速發展的半導體集成電路行業對上遊的電子材料需求十分之大，隨著近年來國家不斷地出臺政策扶持，多家 12 寸晶圓廠已經完工並投產，同時 8 寸、6 寸晶圓廠也仍然在興建中，其中國產廠商能夠為 6 寸、8 寸廠提供電子氣體，12 寸廠需要的電子氣體純度通常為 6N 以上，國內廠家的質量很難到要求。
最近需求廣泛且快速增長的 CMOS 影像感測器、微機電系統 MEMS、化學感測器製程，N40HV 高壓製程等給 8 寸晶圓廠又重新帶來了活力。這些製程雖然應用領域大不相同，但卻有一個共通的特性：線寬普遍在 90nm、甚至 130nm 以上，屬於相對成熟製程，適合在 8 寸晶圓廠上量產。新興的物聯網帶來大量感測器需求，且其中有不少晶片會使用大於 90nm 的製程生產。這些新興的需求給半導體產業的發展給予了有力的支撐。在以往觀點中， 半導體產業將更注重加大晶圓尺寸的同時製造更窄的線寬，然而當線寬製程達到 7nm 後，進一步的加窄變得難上加難，因為此時摩爾定律已經不再適用。而新興的感測器市場給 8 寸晶圓廠帶來了新的發展方向，即在現有的製程基礎上廣泛生產感測器。這一道路意義十分重大，給中國半導體技術追上世界半導體技術留下了喘息的時間，同時也給中國半導體上遊材料國產化發展留下了時間。
半導體產業涉及的電子氣體有一百多種，常用的有 37 種，每種電子氣體目前國內的情況都不太一樣。有的產能已經過剩，有的只能依賴進口。如國內低端氨氣市場已經飽和，高端氨氣提純技術同歐、美、日仍存在差距； 砷烷主要依賴進口，不過國內南大光電已經可實現規模化生產，而中環裝備旗下的啟源裝備也在進行高純砷烷的研究、生產和銷售；由中國平煤神馬集團發起建設的國內最大矽烷氣項目於 2018 年達產，可實現年產 3000 噸矽烷氣，結束了國內高純度矽烷產品全部依靠進口的歷史。總體而言，如若能生產高端的超過 5N 的產品，其目標市場廣闊。但對於低端的產品來說，市場較容易形成惡性競爭，高價氣體的供給量很容易增長而致使價格斷崖式下跌。
根據亞化諮詢數據顯示，除去目前已經停擺的兩個項目（成都格芯和德科瑪南京），目前中國大陸共計有 31 座在建/已建的 12 英寸晶圓廠，28 座在建/已建/規劃中的 8 英寸晶圓廠。同時，SEMI 的數據表明，2017-2020 年間全球投產的半導體晶圓廠為 62 座，其中有 26 座設於中國大陸，佔全球總數的 42%。不斷新建的工廠對半導體材料的國產化無疑是一次非常好的機會。02 專項中有專門的半導體材料研發項目，由 7 家國內擁有前沿技術的氣體公司承擔研發，主要研發的是純度 5N-6N 級別的電子氣體，可以用於 8 寸以下工廠。
5、氣體在半導體照明行業的應用
發光二極體（LED）作為新型高效固體光源，具有高效、節能、環保、安全、壽命長、色彩豐富、易維護等顯著優點。LED 照明替代白熾燈能夠節約近九成的耗電量，通過節電效果減少大量溫室氣體排放。當前全球能源危機和溫室效應愈發嚴重，在節能、低碳、環保的大時代背景下，澳洲、加拿大、日本、美國等先後宣布禁用（禁售）白熾燈。我國也於 2011 年 11 月宣布，分階段逐步禁止進口和銷售白熾燈。據測算，如果我國在用白熾燈全部替換為節能燈或半導體照明，年可節電 480 億 Kw 時，相當減少二氧化碳排放 4800 萬噸。LED 產業在此背景下，其發展前景備受看好。
5.1 、製程介紹
製程與半導體集成電路類似，在此就不贅述。
5.2 、電子氣體的應用
LED 產業鏈中，上遊產業中外延片和晶片製造是核心技術，而高純氣體在其製造中起到關鍵性作用，這與半導體集成電路類似，按用途可分為摻雜擴散、外延用、離子注入、蝕刻清洗、稀釋用和化學氣相沉積氣體等，種類也與半導體集成電路使用的氣體相差無幾。
5.3 、市場規模分析
應用於 LED 製造中的電子氣體種類繁多，質量要求高，其中多種高純氣體的研發和量產在國內仍處於空白，市場供應主要依靠進口。隨著 LED 技術的日益成熟和產業化進程的加快，外延技術、有機源的研製和製造技術的不斷提升對氣體質量和純度的要求達到了新的高度。隨著部分電子高純氣體逐漸國產化，LED 產業對氣體質量監測也提出了更高的要求。
從 2008 年到 2017 年，整個 LED 行業產值由 16 億元增長到 188 億元，規模增長了十一倍不止。國內氣體公司主要向 LED 產業供應大宗高純氣體如 O2、N2、Ar、He、H2 等，此外還供應少部分電子氣體和混合氣體如 N2O、NH3、SiH4、CF4、SF6、B2H6、BCl3、PH3、NF3、GeH4、AsH3、BF3、NO、WF6、HCl、Cl2 等。在 LED 領域，國產電子氣體還大有可為。
6、在平板顯示行業的應用
6.1 、製程介紹
平板顯示器已經佔據了顯示領域絕大多數市場份額，如移動通訊、數碼 設備、桌面電腦、手提電腦和電視等。平板顯示主要技術包括：液晶顯示（LCD， 一般又分為 TN/STN/TF 三種類型）、等離子顯示（PDP）、有機發光二極體顯示（OLED）、場發射顯示器。鑑於 TFT-LCD 是目前主流的平面顯示器， 且其工藝製程較為成熟，以下以 TFT-LCD 為例介紹 LCD 的生產工藝。
TFT-LCD 的製程可分為三個步驟，陣列製程（前段Array），組立製程（中段 Cell），模組製程（Module Assembly），最後就是我們看到的產品。其中陣列製程工序分堅膜、清洗、曝光、顯影、蝕刻、脫膜、檢測等工序。中段的組立製程是將前段陣列製作好的玻璃基本與彩色濾光片的玻璃基板結合，並在兩片玻璃基板間灌入液晶。後段模組組裝製程是將 Cell 製程後的玻璃與其他如背光板、電路、外框等多種零件組件組裝的生產作業。
6.2 、電子氣體應用
TFT-LCD 是以液晶為介質，以薄膜電晶體為控制元件的光電子產品。其工藝技術首先是做成各種膜，然後對膜進行加工，形成具有一定功能的半導體器件。下圖給出了底柵 TFT 陣列的結構圖。TFT 陣列主要由金屬膜、源漏極金屬膜、Drain Metal 和透明導電膜（ITO）等金屬膜，和有源層半導體膜（非晶矽層膜 a-Si）、N+-Si 層膜和絕緣保護膜（SiNx）等非金屬膜組成。這些膜的成膜工藝通過化學或物理氣相沉積、光刻、刻蝕等工藝過程來實現， 電子氣體在其中起到了相當重要的角色。
CVD 非金屬膜沉積
利用 PECVD 技術經過一系列化學反應和等離子體作為能量源，經一系列化學反應和等離子體反應，在樣品表面形成數百埃到數千埃厚度的固態薄膜，這是非晶矽 TFT 陣列製造工程的核心，直接決定 TFT 的特性。在 PECVD工序中使用到的工藝特氣：矽烷，氨氣，磷烷，笑氣，NF3 等。另外參與工業過程的還有高純度氫氣和高純度氮氣等大宗氣體。
絕緣保護膜 SiNx 主要利用矽烷和氨氣來生成，也有用笑氣與氧化矽的反應來實現；非晶矽層膜 a-Si 是通過矽烷分解來實現；非金屬反應膜 N+-Si 是在生成 a-Si 條件中加入磷烷PH3。在利用PEVCD 設備進行鍍膜加工時， PECVD 反應腔上也必然會沉積上膜，需用F2 對反應腔進行清洗。
濺射金屬膜沉積
TFT 結構中的柵極、源極、漏極和 ITO 膜屬於金屬膜，其成膜要通過濺射方式來完成。所謂濺射成膜是在真空室中，利用帶電粒子轟擊材料表面， 使其原子獲得足夠能量二濺出進入氣相，然後在工件表面沉積的過程。
濺射成膜氣體是濺射的主要原材料。首先，要求成膜氣體不能和靶材料發生化學反應，最合適的氣體莫過於惰性氣體；第二要有比較高的濺射率。濺射率與材料的質量有關，氦的分子量小，在電場中獲得的能量不足以從靶材上轟擊出原子，一般不選用。氙和氪價格很貴，另一方面由於其質量太大， 電離困難，相應設備的成本提高；而氬氣的價格比較便宜，同時分子量適中， 工藝設的成本也比較便宜，離化相對容易。因此從工業化大規模生產的角度， 選擇氬氣比較合適。
刻蝕工藝
TFT 幹刻工藝主要用非金屬膜圖形的刻蝕。在 4 次光刻工藝中，主要用來刻蝕矽島、溝道和接觸孔。幹刻的方式有等離子刻蝕（PE），反應性離子刻蝕（RIE），和傳導耦合等離子刻蝕（ICP）等。幹刻工藝針對不同的膜， 選擇地刻蝕氣體也不同。
6.3 、市場規模
近年來，國內 TFT-LCD 企業無論從產量還是規模上看，都已經進入全球十大液晶生產廠商。從本土的京東方、華星光電不斷上馬新生產線，擴大產能來看，國內的平板顯示產業還是可以有所為的。在平板顯示行業不斷擴大產能的背景下，上遊材料的發展卻並未跟上步伐。LCD 的主要利潤來源於上遊的原材料和下遊的渠道經銷商，上遊材料無法國產化，國內的產商只能在低端的氣體供應中徘徊。
最近幾年，國內的電子氣體開始逐步有些進展。以 TFT-LCD 重要的氣體之一 Cl2 為例，早在 20 多年前，光明化工研究院就開展了大規模純氯氣產業化生產系列環節的研究，但進展一直緩慢。2013 年，北京華宇同方化工科技開發有限公司已攻克難關，在成功開發高純氯化氫的基礎上，建立了國產高純氯氣生產線。2016 年電子級氯化氫出口中國臺灣地區，目前公司旗下的淄博言赫特種氣體公司已具備年產能 2000 噸 5N 的 HCl 生產線。
7、在太陽能電池行業的應用
1839 年法國科學家E Becquerel 發現液體的光生伏特（簡稱光伏效應）。1954 年，美國貝爾實驗室研製出單晶矽太陽能電池。太陽能電池的原理是基於半導體的光伏效應，將太陽輻射直接轉換成電能。在 pn 結的內建電場作用下，n 區的空穴向p 區運動，而 p 區的電子向n 區運動，最後造成在太陽能電池受光面（上表面）有大量負電荷（電子）積累，而在電池背光面（下表面）有大量正電荷（空穴）積累。如在電池上、下表面做上金屬電極，並用導線接上負載，在負載上就有電流通過。只要太陽光照不斷，負載上就一直有電流通過。太陽能電池的應用首先是太空領域。1958 年，美國首顆以太陽能電池作為信號系統電源的衛星先鋒一號發射上天。隨後，太陽能電池在照明、信號燈、汽車、電站等領域被廣泛採用。特別是與 LED 技術的結合，給太陽能電池的普及帶來了巨大的潛力。
製造太陽電池的半導體材料已知的有十幾種，所以太陽電池的種類也很多，主要有晶體矽太陽能電池、薄膜太陽能電池、其它新型太陽能電池。目前技術最成熟，並具有商業價值的、市場應用最廣的太陽電池是晶矽太陽電池。
7.1 、製程介紹
以晶矽太陽能為例，製作過程主要有 9 個步驟：
7.2 、電子氣體應用
晶體矽太陽能電池製造中的應用
商業化生產的晶體矽太陽能電池通常採用多晶矽材料。矽片經過腐蝕制絨，在置於擴散爐石英管內，用 POCl3 擴散磷原子，以在 p 型矽片上形成深度約 0.5μm 左右的 n 型導電區，在界面形成 pn 結。隨後進行等離子刻蝕刻變，去除磷矽玻璃。接著在受光面上通過 PECVD 製作減反射膜，並通過絲網印刷燒結工藝製作上下電極。
晶體矽電池片生產中的擴散工藝用到 POCl3 和 O2。減反射層 PECVD工藝用到SiH4、NH3，刻蝕工藝用到 CF4。其發生的化學反應分別為：POCl3+O2→P2O5+Cl2；P2O5+Si→SiO2+P；SiH4+NH3→SiNx:H+H2；CF4+O2+Si→SiF4+CO。
薄膜太陽能電池製造中的應用
商業化生產的薄膜太陽能電池分為非晶矽(a-Si)薄膜和非晶/微晶矽(a-Si/μc-Si)疊層薄膜。後者對太陽光的吸收利用更充分。其生產工藝首先是在玻璃基板上製造透明導電膜(TCO)，一般通過濺射或 LPCVD 的方法，然後再通過 PECVD 方法沉積 p 型、i 型和 n 型薄膜，最後用濺射做背電極。
非晶矽太陽能電池在 LPCVD 沉積 TCO 工序用到DEZn、B2H6；非晶/ 微晶矽沉積工序用到 SiH4，PH3/H2、TMB/H2、CH4、NF3 等。其發生的化學反應分別為：Zn(C2H5)2+H2O→C2H6+ZnO；SiH4+CH4→a-SiC:H+H2；SiH4→a-Si:H+H2。
7.3 、市場規模
太陽能資源豐富，分布廣泛，利用前景廣闊。因此，積極發展太陽能光伏產業，對於解決日益嚴峻的環境問題具有重要的促進作用，對於保障能源安全、優化能源結構也有重要的戰略意義。中國已經將發展光伏等新能源提高到戰略層面，積極通過各種手段促進行業發展。
目前光伏產業主要有兩代太陽能技術，第一代晶體矽電池是市場的主流， 第二代是薄膜太陽能電池，從長遠來看，輕量、低成本的薄膜太陽能電池市 場規模將增長。目前中國的清潔能源尤其是太陽能光伏發電在電力生產結構 中的佔比仍然較低，不到 1%，相比光伏發電第一大國的德國是 6.3%，中國相比於德國還是有很大的差距的。
因全球轉向清潔能源的趨勢，國內的太陽能電池產量維持著穩定增長的態勢。對於主導市場的晶體矽電池，其產業鏈包括矽料（多晶矽）、矽片、電池片、組件和系統 5 大環節。自 2010 到 2018 年，我國多晶矽、矽片、電池片、組件產量分別上漲了 4 倍、8 倍、7 倍和 6 倍有多。根據 CPIA 數據，2018 年我國多晶矽、矽片、電池片、組件有效產能分別達 116.1GW、146.4GW、128.1GW、130.1GW，產量分別為 77.7GW、109.2GW、87.2GW、85.7GW （其中多晶矽產能和產量分別為 38.7 萬噸和 25.9 萬噸，折算成 GW），分別佔全球總產量的 58%、90%、73%、72%， 是全球最大的光伏生產國。
2016 年國內太陽能電池用電子氣體需求為 8 億元，雖然需求量不如其他應用領域大，但中國的電子氣體生產商的主要客戶還是集中在光伏產業， 因光伏產業對電子氣體純度要求相對比較低，同時又追求成本優化，大部分電子氣體都已國產化。
8、國際、國內主要廠商（略）
8.1、美國空氣化學
8.2 、普萊克斯集團
8.3 、法國液化空氣集團
8.4 、林德集團
8.5、中昊光明化工院
8.6、中船重工718所
8.7、北京綠菱氣體科技有限公司
8.8、南大光電
8.9、巨化集團
8.10、華特氣體
8.11 、和遠氣體
8.12 、金宏氣體
8.13、凱美特氣
8.14 、三孚股份
8.15 、雅克科技
8.16 、中國燃氣工業投資控股有限公司
……
9、投資建議
國內的電子氣體近年受下遊需求拉動、國家政策利好等因素髮展迅猛。隨著國家政策對下遊行業，尤其是集成電路等半導體製造業的持續助力，國內生產電子氣體的相關企業未來有望維持上漲趨勢。因此我們重點推薦引領國內電子氣體領域的和遠氣體、華特氣體、雅克科技、昊華科技和南大光電。
9.1 、和遠氣體：華中地區最大氣體供應商
9.2 、華特氣體：中國特種氣體國產化先行者
9.3、雅克科技：轉型後崛起的半導體新材料龍頭
9.4、昊華科技：含氟電子特氣領導者
9.5、南大光電：中國特種氣體龍頭企業
……
（報告來源：光大證券）
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