半導體材料在不斷進化,但硅材料仍為主流。半導體產品被廣泛應用于各類電子產品中,其重要性不言而喻。半導體材料作為制造基礎,至今已發展到第三代。根據發展歷史,第一代半導體是“元素半導體”,典型如硅基和鍺基半導體。得益于第一代半導體材料應用,集成電路產業得以快速發展。第二代半導體材料是化合物半導體,以砷化鎵、磷化銦和氮化鎵等為代表,其促成信息產業崛起;而第三代半導體材料主要包括碳化硅、氮化鎵、金剛石等,其具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優點,成為下一代信息技術的關鍵之一。雖然半導體材料已經發展到第三代,但由于制備工藝、后續加工及原料來源等因素影響,硅材料依然是主流半導體材料。
不同應用場景對硅純度要求有所不同。硅極少以單質的形式存在于自然界中,但在巖石、砂礫、塵土之中其以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在。在地殼中,硅是第二豐富的元素,其構成地殼總質量的 26.4%。所以,硅來源較為廣泛,在生產中較為容易獲取,進而解決硅片制備所需原料的問題。目前,多晶硅純度從 99.9999%至 99.999999999%(6-11個 9)不等,根據使用場景對于純度要求有所差異,其中太陽能光伏級多晶硅純度要求較低,而電子級多晶硅純度則要求較高。多晶硅經過進一步加工制造可制得單晶硅,單晶硅是硅片上游材料。
硅片在晶圓制造材料中占比最大。晶圓制造是半導體產業中重要一環,生產過程中會涉及多種材料。據 SEMI,2018 年全球半導體材料銷售額達到 519 億美元,增長 10.6%,其中晶圓制造材料和封裝材料的銷售額分別為 322 億美元和 197 億美元,同比增長率分別為 15.9%和 3.0%。根據細分產品銷售情況,2018 年硅片占晶圓制造材料市場比值為 38%,比重為相關材料市場第一位。所以,硅片作為半導體生產重要原材料之一,硅片制備技術將對半導體產業發展產生一定的影響。