1、引言
基于硅資源深加工的硅材料產(chǎn)業(yè)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)硅材料產(chǎn)業(yè))是全球性的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)和戰略性產(chǎn)業(yè)，發(fā)展勢頭迅猛，全球60萬(wàn)家硅企業(yè)生產(chǎn)的約80億美元的硅材料，支撐起了2230億美元的半導體集成電路產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步支撐起數以萬(wàn)億美元計的電子、計算機、通信等信息產(chǎn)業(yè)，全球超過(guò)2000億美元的電子通信半導體市場(chǎng)中，95%以上的半導體器件是用硅材料制作，集成電路的99%以上用硅制作。硅原料和硅制品的產(chǎn)品貿易額達到5000億美元以上，全球硅業(yè)研發(fā)機構及學(xué)術(shù)團體1000多個(gè)，行業(yè)組織300多個(gè)。
當前，各國政府高度重視硅材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如美國、日本、德國、歐盟均制定了諸如21世紀國家納米綱要、光電子計劃、太陽(yáng)能電池（光伏）發(fā)電計劃、下一代照明光源計劃等新材料、新產(chǎn)業(yè)規劃。我國政府也高度重視硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，先后采取各種措施鼓勵、扶持硅材料產(chǎn)業(yè)規劃與建設。
2、國內外硅材料產(chǎn)業(yè)調研與分析
2.1工業(yè)硅
工業(yè)硅及深加工產(chǎn)業(yè)是目前國際上的硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心，主要集中在晶體硅材料（單晶硅、多晶硅、硅外延片）和有機硅材料以及石英晶體元器件等方面的生產(chǎn)和研究。
（1）多晶硅
多晶硅材料生產(chǎn)在產(chǎn)業(yè)鏈中處于高端，市場(chǎng)需求旺盛，產(chǎn)品供不應求。主要用于半導體芯片及太陽(yáng)能、電池芯片、金屬陶瓷、宇宙航行、光導纖維通信以及硅有機化合物。生產(chǎn)技術(shù)掌握在日本Tokuyama、三菱、住友、美國的Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司，德國的Wacker公司手中。國際上多種生產(chǎn)工藝路線(xiàn)并存，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)相互封鎖和壟斷。主要有改良西門(mén)子法、硅烷法和流化床法，其中西門(mén)子改良法約占世界總產(chǎn)能的80％。短期內技術(shù)壟斷的局面不會(huì )改變，但研發(fā)活躍，涌現出冶金法、熔融析出法等新工藝技術(shù)。
我國多晶硅質(zhì)量已能滿(mǎn)足集成電路用單晶的要求，但多晶硅核心技術(shù)三氯氫硅還原法被上述國外企業(yè)壟斷，核心技術(shù)工藝沒(méi)有完全掌握，尚不能完全滿(mǎn)足高阻區熔硅要求。與國際先進(jìn)水平相比，生產(chǎn)成本明顯偏高（見(jiàn)表1-1），市場(chǎng)競爭力不強。我國60%以上的的多晶硅材料仍需進(jìn)口。
表1-1 國內外多晶硅消耗指標對比表（以1kg多晶硅計）
（2）單晶硅
單晶硅是電子信息材料中最具基礎性的半導體類(lèi)材料。廣泛用于國民經(jīng)濟和國防科技中各個(gè)領(lǐng)域，如太陽(yáng)能電能轉化、電視、電腦、冰箱、電話(huà)、手機、汽車(chē)及航天飛機、宇宙飛船、人造衛星等。隨著(zhù)集成電路的迅猛發(fā)展，對單晶硅的直徑要求越來(lái)越大，關(guān)鍵設備—單晶爐也不斷向大型化發(fā)展。單晶硅拉制技術(shù)和工藝是世界上晶體硅工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。我國依托日本合資企業(yè)，已能夠穩定生產(chǎn)200mm集成電路級和212mm（8.5英寸）的太陽(yáng)能光伏電池級的硅單晶，產(chǎn)量占世界21%。但尚不能生產(chǎn)最先進(jìn)的300mm（12英寸）的硅單晶。
（3）有機硅
有機硅是指含si-c鍵的有機硅化合物，主要分為單體、中間體和下游產(chǎn)品。單體主要指甲基、苯基、乙烯基氯硅烷等原料。中間體主要指線(xiàn)狀或環(huán)狀體的硅氧烷低聚物，如六甲基二硅氧烷(MM)、八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)、二甲基環(huán)硅氧烷混合物(DMC)等。下游產(chǎn)品則是指中間體通過(guò)聚合反應，并添加無(wú)機填料或改性助劑制得，主要有硅橡膠、硅油及二次加工品、硅樹(shù)脂及硅烷偶聯(lián)劑四大類(lèi)。作為新型高科技材料，有機硅應用于航空、軍事、建筑、電子電氣、紡織、汽車(chē)、機械、皮革造紙、化工輕工、金屬和油漆、醫藥醫療等各個(gè)領(lǐng)域，被譽(yù)為“工業(yè)味精”。
美國道康寧等5大有機硅公司占據了全球96%的市場(chǎng)。目前市場(chǎng)發(fā)展的動(dòng)力最主要在亞洲，我國市場(chǎng)規模占亞洲的近一半。中國藍星集團通過(guò)海外并購成為全球第四大有機硅企業(yè)。但我國單體生產(chǎn)技術(shù)落后，同時(shí)存在品種少、水平低、質(zhì)量差，產(chǎn)量低的狀況。有機硅下游產(chǎn)品有5000多種，我國僅500多種；實(shí)際產(chǎn)量?jì)H占國內需求的20%；產(chǎn)品結構上，硅油、硅樹(shù)脂在加工助劑等市場(chǎng)的應用有待發(fā)掘。
2.2 半導體硅
半導體硅材料包括多晶硅、單晶硅、硅外延片以及非晶硅、澆注多晶硅等。在集成電路(IC)、硅光電池、傳感器、射線(xiàn)探測器、整流器等各類(lèi)電子元件中占有極為重要的地位，是“微電子”和“現代化電子”的代名詞。目前，半導體硅和硅基材料向大直徑化、新加工處理工藝以及深亞微米乃至納米集成電路發(fā)展方向發(fā)展。
半導體產(chǎn)業(yè)是世界經(jīng)濟升級的心臟，I nt el、I BM、太陽(yáng)微、德州儀器等執半導體牛耳，走到了世界技術(shù)發(fā)展的最前沿。日、德控制的硅片公司占世界硅片銷(xiāo)量的90％以上。其中信越(Sh in—Etsu)、瓦克(Wacker)、住友(Sumitomo)等四家的銷(xiāo)售額占世界硅片銷(xiāo)售額的近70％。
我國半導體產(chǎn)業(yè)已形成了設計、芯片制造及封裝并舉的全面發(fā)展格局。在全球半導體產(chǎn)業(yè)中所占份額由1.2%提高到3.7%，發(fā)展勢頭迅猛。
但在半導體硅晶體材料方面，我國高純度多晶硅、SOI材料（絕緣體用硅）、某些化合物半導體材料等與世界水平仍有一定差距。
2.3 光伏硅
隨著(zhù)世界各國特別是歐美發(fā)達國家清潔能源政策的實(shí)施，光伏市場(chǎng)年均增長(cháng)速度超過(guò)30％，僅2000－2010年，世界光伏電池產(chǎn)量增長(cháng)了17倍，至今仍在快速增長(cháng)。光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游是Hemlock、Wacker、Tokuyama、R EC、MEMC、Misubishi 和Sumitomo等7家多晶硅廠(chǎng)商，產(chǎn)量占到全球總產(chǎn)量的95%以上，壟斷全球多晶硅供應；中游是22家硅片(Wafer)廠(chǎng)商，包括RWE Schott Solar、Sharp、Q-cells、BP Solar、DeutscheSolar、Kyocera 等，技術(shù)難度僅次于多晶硅；其次是太陽(yáng)能電池（Cell）制造，全球有40余家；下游則是組件生產(chǎn)，全球數量超過(guò)200家，技術(shù)含量相對較低，屬于勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)。
我國已成為世界第一光伏出口大國。近年來(lái)，我國部分企業(yè)已基本掌握了多晶硅材料的生產(chǎn)工藝，已滿(mǎn)足我國50%光伏產(chǎn)品生產(chǎn)需要。光伏生產(chǎn)設備的國產(chǎn)化能力也迅速提高。但裝備技術(shù)和高純多晶硅和高端硅產(chǎn)品原材料技術(shù)尚未真正掌握，成為當前我國太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)和微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共同瓶頸。表現在現實(shí)層面就是我國光伏出口的主要形式是電池組件等下游產(chǎn)品，高附加值的技術(shù)出口較少。然而，國際多晶硅大公司的技術(shù)先進(jìn)性又是很有限度的，其落后點(diǎn)、薄弱點(diǎn)是為我所知的，并可成為我們破解他們技術(shù)壟斷的切入點(diǎn)和突破點(diǎn)。
2.4 人造石英晶體（石英晶體元器件）
人造石英晶體是重要的電子功能材料，信息領(lǐng)域中的重點(diǎn)基礎材料之一。隨著(zhù)手機、筆記本電腦、數碼相機、汽車(chē)及網(wǎng)絡(luò )等應用產(chǎn)品市場(chǎng)的飛速發(fā)展，石英晶體元器件的市場(chǎng)需求日益增長(cháng)，其中SMD晶體元器件成為主流產(chǎn)品。
日本在石英晶體元器件占有很大優(yōu)勢。其主要晶體廠(chǎng)商基本將其成熟產(chǎn)品遷到我國生產(chǎn)，使我國成為世界上主要的晶體生產(chǎn)國之一，壓電晶體產(chǎn)業(yè)有了較大的發(fā)展。但我國工藝裝備相當于國外20世紀80-90年代水平；國內對壓電水晶的缺陷控制仍處于宏觀(guān)控制階段（國外已進(jìn)入微觀(guān)階段）；國外壓電水晶產(chǎn)品以直徑76mm-100mm為主，而國內以50mm為主，不能滿(mǎn)足信息產(chǎn)品需求。在技術(shù)水平、硬件基礎、品種系列、資金投入等方面均有待提高。
人工晶體材料將進(jìn)入分子剪裁與設計階段，可以對壓電性能定量計算，對材料功能基因裁減設計。石英元器件朝輕薄短小、高頻、網(wǎng)路化等方向發(fā)展。隨著(zhù)我國移動(dòng)通訊巨大市場(chǎng)的形成和手機國產(chǎn)化步伐的加快，我國對石英晶體產(chǎn)生的SAW（聲表面波）器件和SMD（聲體波）器件的需求迅速增長(cháng)，市場(chǎng)前景良好，我國在新產(chǎn)業(yè)面前面臨機遇和挑戰。
2.5 石英玻璃
石英玻璃是屬于新材料的工業(yè)技術(shù)玻璃。廣泛用于光源、電子、光通訊、儀表、激光、航天、核技術(shù)和國防等領(lǐng)域。
石英玻璃生產(chǎn)集中在美、德、法、日、英等國幾家跨國公司手中。我國石英玻璃行業(yè)歷經(jīng)1989-2000年的引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)、技術(shù)創(chuàng )新、增加品種和產(chǎn)量的大發(fā)展時(shí)期，石英玻璃器材的加工技術(shù)已達到世界先進(jìn)水平。目前，國內石英玻璃原料及產(chǎn)品制造應用領(lǐng)域正向半導體和光通訊行業(yè)集中，半導體技術(shù)和光通訊技術(shù)用石英玻璃生產(chǎn)技術(shù)提高很快。如立式擴散用石英儀器、大口徑石英玻璃管、不透明石英玻璃管等已達國際水平，并大量出口。電光源和家電用的石英玻璃在產(chǎn)量上，已在世界上占主導地位。
但也存在亟待解決的問(wèn)題：石英原料提純技術(shù)水平較低，產(chǎn)品純度比國外差，Fe、K、Na等元素含量比國外高幾倍，相應產(chǎn)品的羥基含量比國外高出5-6倍；高精度石英光纖玻璃管、大規格石英擴散管、硅片匣、石英鐘罩、托盤(pán)等高新技術(shù)產(chǎn)品，但國內石英玻璃制品尚不能滿(mǎn)足。
2.6 新型電光源
作為硅材料產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，將電光源用石英玻璃與電光源工業(yè)相結合起來(lái)是個(gè)非常好的發(fā)展思路。照明產(chǎn)品是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的必需品，我國基礎設施建設、城市亮化工程、工商企業(yè)、日常生活等對照明產(chǎn)品的數量和質(zhì)量的需求都日益增長(cháng)，尤其是對環(huán)保節能高效型的新型電光源需求旺盛，市場(chǎng)前景廣闊。
電光源產(chǎn)品歷經(jīng)白熾燈、熒光燈、金屬鹵化物燈三代。目前，以半導體發(fā)光為光源（LED）的第四代新型電光源時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，其特點(diǎn)是節能和環(huán)保。如：石英玻璃汽車(chē)HID燈亮度是鹵素燈的3倍、功耗僅為50%、壽命則是十倍。以高檔投影燈、液晶監視器冷陰極燈管、汽車(chē)用HID燈、LED照明為代表。
國際上新型電光源翹楚為飛利浦（荷），愛(ài)普生（日）、優(yōu)志旺（日），歐司朗（德）、奇異（美）等公司。我國電光源行業(yè)依托優(yōu)質(zhì)石英資源和較好的石英玻璃管加工能力已形成優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集群，能夠生產(chǎn)新型汽車(chē)燈、節能環(huán)保燈、金屬鹵化物燈、背投電視用放電燈、氣體放電燈等30多個(gè)系列幾百種產(chǎn)品，產(chǎn)品在遠銷(xiāo)歐美、日韓、東南亞，銷(xiāo)售前景良好，發(fā)展潛力巨大。但存在種類(lèi)多但缺乏國際知名品牌，新型電光源產(chǎn)品品種較少的問(wèn)題。
2.7 硅微粉
硅微粉由天然石英或熔融石英經(jīng)破碎、球磨（或振動(dòng)、氣流磨）、浮選、酸洗提純、高純水處理等工藝加工而成。分為普通、電工級、電子級、熔融石英、超細、納米等不同類(lèi)型。其應用領(lǐng)域由電路封裝、塑料、涂料、橡膠、顏料、陶瓷、膠粘劑、玻璃鋼、化妝品等已拓展到高分子復合材料、特種陶瓷、航空、航天、精細化工、抗菌材料、藥物載體、大面積電子基板等高新技術(shù)領(lǐng)域，享有“材料科學(xué)的原點(diǎn)”、“工業(yè)味精”之美譽(yù)，發(fā)展前景十分廣闊。
當前，只有美、德、日、俄、加、中等少數國家具備硅微粉生產(chǎn)能力。美國處于領(lǐng)先水平，以通用、尤尼明公司為代表。我國石英儲量豐富，但高純、超高純、超細硅微粉仍處于起步階段。長(cháng)期以來(lái)，我國高新技術(shù)中使用的高純超細熔融球形硅微粉全部從美、日進(jìn)口。國外對球形硅微粉生產(chǎn)技術(shù)和專(zhuān)用裝備嚴加封鎖，直接威脅著(zhù)我國信息產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展與國家信息安全保障。
碳化硅微粉用于冶金、磨料、磨具、耐火材料等，在機械、電子、建材等行業(yè)需求量很大，我國尚無(wú)碳化硅標準。碳化硅晶體作為信息功能材料與器件，是第三代(高溫寬帶隙)半導體材料的代表，極有可能觸發(fā)新的信息技術(shù)革命。在半導體器件的應用方面，碳化硅打破了硅芯片材料本身性能的瓶頸，有可能取代硅作芯片，給電子業(yè)帶來(lái)革命性變革。目前主要應用領(lǐng)域有LED固體照明和高頻率器件。美國Cree公司的碳化硅晶片產(chǎn)量為30萬(wàn)片，占世界85%，是全球碳化硅晶片行業(yè)的先行者。我國已著(zhù)手利用自身在硅資源和加工技術(shù)方面的優(yōu)勢，破解國外碳化硅生產(chǎn)企業(yè)對中國實(shí)行的禁運，培育碳化硅晶體產(chǎn)業(yè)?？紤]密切關(guān)注其進(jìn)展，擇機進(jìn)行標準化介入。
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