虽然日本垄断了60%半导体材料市场，但这些关键材料我们已成功实现替代

众所周知，芯片制造流程非常复杂，需要上百种设备，上百种材料，上千道工序。

目前全球没有一个国家能够独立自主制造出芯片，不管是成熟芯片，还是先进工艺都不行，包括美国、中国、日本等所有半导体强国。

目前大家基本上都是整合全球供应链，比如找荷兰买光刻机，找日本买材料，找美国买IP、设备、EDA等。

荷兰的光刻机占全球85%的份额；美国的EDA、IP占全球80%+的份额，另外在半导体设备方面，美国占50%左右份额；

而日本在半导体设备上占30%左右份额，而在半导体材料上，则处于垄断地位，占60%左右的份额。

最重要的是，19种关键的半导体材料，日本垄断了其中的14种，何谓垄断？就是占了至少50%以上的份额。

如上图所示，这就是半导体领域19种关键材料中，其中14种日本企业的占比超过50%，像EUV光刻机，日本更是拿下100%的份额。

EUV光刻胶，是与EUV光刻机搭配，用于7nm以下芯片的，也就是说一家芯片制造企业要想进入7nm以下工艺，除了要找ASML买EUV光刻机外，还要打日本买EUV光刻胶，否则也进入不了7nm，可以说是双重卡着。


国产光刻胶实现量产

上海八亿时空先进材料有限公司（以下简称“上海八亿时空”）宣布了KrF光刻胶树脂量产成功的好消息，并首次交付客户量产级产品，标志着八亿时空光刻胶树脂开发工作迈出了具有里程碑意义的重要一步。

此前，八亿时空聚焦KrF光刻胶树脂的研发和量产，并取得重大突破。

截至2023年5月，公司研发团队成功实现KrF光刻胶树脂50公斤级别的量产，能满足国内光刻胶客户的需求，并正式向客户出货。

该树脂各项指标优异，在金属离子残留控制（<1ppb/个）、树脂分子量分布（PDI=1.40~1.50）等关键指标方面达到了较高水平,并且批次稳定性良好（重均分子量批次偏差±1.5%），产品主要应用于高温工艺，高分辨率KrF光刻胶，同时，其高的Tg、优异的热稳定性，也契合KrF厚膜光刻胶的应用。

上海八亿时空表示：“鉴于目前国际形势，国家大力倡导发展高端制造业，半导体高端制造材料的国产替代，刻不容缓。亟需国内公司在此领域做出突破，打破国外公司的垄断，实现半导体材料的供应链自由。”


进口替代挑战重重

高纯氨广泛运用于半导体产业、 LED、太阳能光伏（PV）等领域，主要通过物理提纯获得，通过先进的检测设备、完善的检测流程进行检测，纯度可达99.99999%。长期以来，国外企业在这个领域中占据着绝对的优势。

浙江英德赛半导体材料股份有限公司副总经理赵晓兰告诉记者，2010年以前，由于国内对高纯氨技术还未完全突破，国内几乎很少有涉足这个领域的企业。

“高纯氨的生产，在设备选型、过程调试、运行、工艺的细节把控上，都有着严格要求，比如纯度能否达到，因为产品中的杂质跟空气当中的组分是相同的，比如氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等这些空气中的成分，如果设备运行密封性差一些，纯度就很难达到标准。”赵晓兰表示。

2013年，英德赛高纯氨第一条生产线量产，第一步就达到了国标6N4，即99.9999%的标准；第二步就做到了99.99999%，达到国际先进水平。

技术达到了，但是进口替代的挑战才刚刚开始。

据了解，国产化替代进口，在初期的推广很难，因为高纯氨在整个制程上起到很关键的作用，如果使用以后做出来的芯片，或者外延片有问题，那将承担巨大的风险，不仅产品报废，严重的甚至会损坏生产线的机器。

因此，怎样让下游企业放弃技术已经十分成熟的国外产品，转而使用国内产品，前期的推广充满了困难。

赵晓兰至今还记得，2015年，她和技术人员一起到某下游厂商推广高纯氨。甫一到达，厂商就来了一个“下马威”，指着前端纯化器说，看到这个了吗？上一个高纯氨企业弄出故障，导致大量的机台受损，这是他们买新的赔给我们的，所以你们对产品有没有信心？

为了保障万无一失，赵晓兰领着技术人员，在下游厂商的生产线外守了7天，每半小时巡检一次记录数据。最终的结果，上线数据和下线数据都十分优异，这也成为日后进口替代的一个成功样板。

“真正做到进口替代，过程是非常艰辛的，不仅是技术要过硬，管控也要好，对方方面面的要求都很高。同时，也需要大量的前期交流磨合。目前，我们合作的客户包括美光、 华星光电、三安光电、隆基、惠科、晶科等，都是上市企业，还算达到了一个比较完美的结局。”赵晓兰表示。

一个亮点是，随着国内平面显示和半导体集成电路产业迅速发展，我国对于高纯氨的需求前所未有地增长，给了国产替代进口更多的机会。尽管近年来国际上以美国为代表的国家对中国实行半导体技术封锁，但恰恰是这个时候，国内半导体产业迅速崛起，据行业交流，最初外企1000吨的生产线产能，以为已经是很大的产能了，而现在我国高纯氨企业产线的规模也从最初年产1000多吨到年产几千多吨。

作为国产高纯氨的主要竞争对手，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企业入局早，市场认可度较高，但由于布局生产线时候过于谨慎，导致产能偏低，对于国内上万吨的市场需求来说，九牛一毛。也正是因为如此，目前，国外企业在国内市场几乎没有很强的竞争力。

而庞大的市场需求，也让企业对于产品种类、规模等做了进一步的布局，下一步，英德赛将继续提升高纯氨产品品质，研发更多的高纯产品，将成为中国企业更高层次的技术研究。


以技术强势破局

以技术强势破局，打破国外垄断的还有PVD纳米涂层技术。

2002年，PVD纳米涂层技术刚刚进入中国， 震惊了不少工业企业，一个小小的PVD涂层，却能使材料的耐久性、硬度增加数倍，这在当时不可想象。

“PVD表面感性技术，是在原有材料的基础之上，做了几微米的一个薄膜，但能把整个产品的性能提高几十倍，是翻天覆地的变化。”朱国朝告诉《华夏时报》记者。

比如，风电里边的滚珠、轴圈、轴承，更换一次十分困难，需要将风电扇整个拆下来，特别是海中的风电，还需要面临水和盐的侵蚀，磨损率更高。使用金刚石涂层之后，不仅耐用程度大大增加，耐腐蚀、抗湿气性也明显提高。

而生活中常见的，比如光学镜头，使用减反模后，不仅不沾指纹，对平常下雨也有很好的防水效果，同时，还能增强镜头的透光率。

小投入换来大产出，这让不少制造业企业怦然心动。然而，伴随着新技术而来的，还有国外企业市场垄断。对刚刚起步的中国PVD纳米涂层企业来说，和国外产品差的是整整几十年的技术积累。

不过，国外产品价格高、交货期不稳定、服务不佳，这给了国内新兴的企业的发展创造了机会。

也是在2002年，纳狮成立，然而，这个国内首家PVD纳米新材料企业，首先感受到的却是被国外垄断企业环伺的压力。

“前几年特别是压力很大，那时候我们跟国外的技术永远都是，国外先推出来一个技术，然后我们再慢慢再跟上。比如， 我们通过薄膜材料成分的晶格取向、结构排布，一点一点优化，慢慢来缩短跟国外技术的差距，在这个过程中，我们发现装备在领先性上可能还有一定的差距，就反过来升级装备，这样针对某一个核心技术，一直形成良性循环，慢慢迭代优化。经过这几年的发展，目前PVD技术已经进入一个平稳期，不会像前几年那样存在巨大的技术差距。目前，我们的技术跟国外差不多，甚至在某一些技术方面我们还领先于他们。”朱国朝表示。

通过不断地技术追赶和创新研发，国内技术逐步达到国际顶尖水平。作为龙头的纳狮，自此成功将国际制造业巨头欧瑞康巴尔查斯垄断的高端纳米涂层材料全面推广到国内，让上万家制造业客户产品拥有国际竞争力，填补了国内空白，解决了中断多年纳米材料卡脖子问题，实现了进口替代。

一个亮点是，在技术追赶中，中国企业也慢慢发现了弯道超车的优势品类。

朱国朝介绍，比如，新加坡用弯管直过滤，能做出表面粗糙度十分光滑的薄膜，但是沉积速率特别低，一个小时仅能沉积0.3个微米。抓住这个痛点，纳狮自主研发了高光弧，在表面粗糙度、沉积速率方面都有优势，技术全球领先。

不仅如此，针对核心技术，最关键一点的是怎么去应用它，在应用方面，国内也领先于国外。比如，国内企业与客户共同开发、量身定制，交货期稳定，账期短，都成为国内企业的竞争优势。

“面对日益激烈的国际竞争，我们必须加快推进新型技术、实现高水平的科技自立自强，提升产业链的韧性和安全水平，提高制造业在全球产业分工中的地位和竞争力，确保我国大国博弈中赢得主动。”李子彬表示。

突破材料制造工艺的瓶颈

半导体工业领域中，ITO靶材的制造技术堪称是核心技术之一，也是半导体工业中的支柱，没有ITO靶材的支撑，那么如今的半导体工业就会陷入到困境之中。

除了半导体工业本身以外，ITO靶材的适用范围非常广泛，就连光伏发电都少不了它，可见它在当今工业体系中的地位之高。

认识到ITO靶材的重要性后，这项技术就一直在重点突破中。不过即便如此中国在ITO靶材领域也只做到了攻克中低端领域中ITO靶材的制造工艺，高端ITO靶材的制造工艺，中国一直都没有实现突破，这导致中国的ITO靶材市场份额中，有48%都要依赖于进口，在进口企业中，基本都被美国和日本企业占据，这两个国家也被称为西方国家的ITO靶材产业核心。

这等于说在ITO靶材领域，中国已经被西方技术大国卡了脖子，因此在ITO靶材制造工艺中的瓶颈，就成了急需要攻克的技术瓶颈。

高端领域中的ITO靶材，在制造上显得格外困难，没有一定的工业基础支撑是非常难以实现突破的，于是这也让中国在ITO靶材的制造工艺探索上只能摸着石头过河了。在ITO靶材专用的稀土材料中，对金属纯度要求非常高，几乎接近于100%，因此在制造中这样的提纯环境只能在真空中实现，可见技术难度之大。

金属材料的提纯工艺中，最为重要的还是提纯设备，这让中国因为缺乏合适的提纯设备，于是在最初的材料准备上就吃了亏。进入新世纪后，中国在金属材料提纯设备上屡屡实现了突破，这使得中国具备了在ITO 靶材制造的基础，开始逐步实现了在技术瓶颈上的突破。

仅仅只是突破金属的提纯工艺，可谓是迈出了第一步。真正要实现ITO 靶材的工艺全覆盖，中国需要突破的还有很多，从整体工艺上来看，靶材制造和溅射镀膜这两类工艺在技术上最为困难。

中国在材料制备工艺和生产设备上都是处于起步状态，于是在不少西方国家看来中国离真正脱离西方国家的供应还很遥远。

于是仅仅占据中国全部市场份额48%的进口ITO 靶材，却占据了市场利润的70%以上，这让ITO 靶材的市场利润大部分都流向了国外企业，在这种情况下中国选取了关键材料进行靶材制造工艺上的实验。以何季麟院士为代表的科研人员，经过反复的实验，终于在钽铌材料领域中取得了突破，这使得中国开始突破靶材制造工艺。

整个生产工艺中，难度系数最高的溅射镀膜，可谓是在ITO 靶材制造工艺中的拦路虎。溅射镀膜工艺尽管在原理上很简单，可关键的制造设备却很少有国家能够独立制造，这让中国如何突破溅射镀膜就成了问题。

为了突破镀膜设备的制造，中国组织了数十家企业进行了联合研发，在日以继夜的实验中，中国国产的镀膜设备终于达到了技术要求，这让国产镀膜设备开始走上了溅射镀膜的工业生产线。有了溅射镀膜这一步工艺上的成功突破，中国终于有了打破西方国家垄断的底气。

随着中国的ITO 靶材产品渐渐在性能上追赶上了进口产品，打破西方国家的垄断也成了事实，于是进口的ITO 靶材产品出现了价格大幅降水，这有利于中国发展芯片和屏幕的制造工业，大量利润开始回流到国内企业中。不仅如此中国还实现了在ITO 靶材产品上的出口，实现了出口创汇，这对于中国经济来说是有非常重要的推动意义的，同时也证明了中国科研能力之强。