第一章 行业概况
半导体是一种电子材料，可以控制电流的流动。半导体材料的特性是在它们的禁带宽度内，只有一部分电子能够被激发而具有导电性，这使得半导体成为电子学和计算机科学中最重要的材料之一。
半导体行业是指研发、生产和销售半导体产品的公司和组织。这个行业的发展始于20世纪中叶，随着计算机、通信和消费电子市场的发展，成为了一个重要的全球产业。上游为半导体支撑业，包括半导体材料和半导体设备。中游按照制造技术分为分立器件和集成电路。
半导体行业的主要产品包括集成电路、处理器、存储器、传感器和光电子设备等。这些产品在各个领域得到广泛应用，如个人电脑、智能手机、平板电脑、汽车电子、医疗器械、工业控制等。
半导体行业的主要市场是亚洲，这些地区拥有大量的半导体制造厂和研发机构，并且在生产成本、技术创新和市场需求等方面具有优势。
半导体行业的发展面临许多挑战和机遇。随着人工智能、物联网和5G等新兴技术的普及，对更高性能和更低功耗的半导体产品的需求正在增加。同时，半导体行业也在积极应对环保和可持续发展的问题，致力于开发更环保、高效的生产技术和产品。
图 半导体产业链
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图 全球半导体发展趋势
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制程越来越小，投资额越来越高。例如一条16nm先进制程的半导体代工厂投资额高达120-150亿美元，全球将只有Intel、台积电、三星这三家企业可以承担如此巨大的资本开支，其他企业已无力跟进，先进制造产能将快速集中。
图 全球半导体销售额
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在半导体行业当中，半导体材料是此行业的支撑业。半导体材料是指导电率介于金属和绝缘体之间材料。半导体材料的电阻率在1mΩ•cm～1GΩ•cm之间，一般情况下其电导率随温度的升高而增大。半导体材料是制作晶体管、集成电路、光电子器件的重要材料。
按照化学组成不同，半导体材料可以分为元素半导体和化合物半导体两大类。在半导体发展过程中，一般将硅、锗元素半导体材料称为第一代半导体材料；第二代半导体为砷化镓(GaAs)、锑化铟（InSb）等化合物半导体材料；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半导体(又称非晶态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带半导体材料。
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禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短；禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高条件下的高频工作性能。从表中可以看出，以GaN为代表的宽禁代半导体在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面远比Si和GaAs等第一、二代半导体表现出色。与制造技术非常成熟和成本相对较低的硅材料相比。目前第三代半导体面临的主要挑战是发展适合GaN薄膜声场的低成本衬底材料和大尺寸的氮化镓体单晶生长工艺。
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由于生产工艺成熟及生产成本低，硅仍然是半导体材料的主体。95%以上半导体的半导体器件和99%以上的集成电路是用硅材料制作的。以硅材料为主体，GaAs半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为未来半导体材料业发展的主流。
分立器件产业是半导体行业的一个分支，但也极其重要。半导体分立器件是指具有固定单一特性和功能，并且其本身在功能上不能再细分的半导体器件，如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等。
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集成电路是利用半导体工艺或厚膜、薄膜工艺，将电阻、电容、二极管、双极型三极管等电子元器件按照设计要求连接起来，制作在同一硅片上，成为具有特定功能的电路。它实现了材料、元器件、电路的三位一体，与分立器件组成的电路相比，具有体积小，功耗低、性能好、可靠性高及成本低等优点。
第二章 商业模式和技术发展 2.1 半导体产业链
半导体行业受行业本身供需以及新产品周期的影响。历次的金融危机和泡沫破裂都会使得半导体行业在短期内下降，但是从长期来看，新产品的推出才是半导体行业持续发展繁荣的内在动力。半导体行业受行业本身供需以及新产品周期的影响。历次的金融危机和泡沫破裂都会使得半导体行业在短期内下降，但是从长期来看，新产品的推出才是半导体行业持续发展繁荣的内在动力。
图 半导体产业链
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半导体产业转移将经历从初期、中期、后期到新一轮产业转移后期4个阶段。目前中国大陆半导体产业还处于转移的初期，一方面受益于工程师红利和技术的进步，成本优势显现，进口替代空间大。考虑到IC制造需要巨额资本投入，国内半导体产业将首先从轻资产的IC设计业开始。以国内IC金融卡芯片为例，目前基本由恩智浦等国际厂商垄断，全部靠进口。“棱镜门”事件后国家对于信息安全日益重视，加上国产芯片华虹、同方国芯等国内IC设计厂商在技术水平上的不断进步，预计未来将批量生产，对国外芯片形成进口替代。
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分立器产业
半导体分立器件是指具有固定单一特性和功能，并且其本身在功能上不能再细分的半导体器件，如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等。
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半导体分立器件行业上游为分立器件芯片及铜材等，下游覆盖传统4C产业（通信、计算机、消费电子、汽车电子）以及智能电网、光伏、LED照明等新兴应用领域。其中，分立器件芯片是制造半导体分立器件产品的主要原材料，约占产品成本的50%左右。半导体分立器件的直接下游企业包括汽车电子、电源电器、仪器仪表等生产厂家，并通过该等直接客户与汽车、计算机、家用电器等众多最终消费品配套。下游应用市场的需求变动对半导体分立器件行业的发展具有较大的牵引及驱动作用。近年来，受益于国家经济刺激政策的实施以及新能源、新技术的应用，下游最终产品的市场需求保持着良好的增长态势，从而为半导体分立器件行业的发展提供了广阔的市场空间。
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集成电路产业
集成电路产业可以分为IC设计、IC制造和IC封装测试，其中IC设计指根据市场需求，确定IC产品的设计要求，并将抽象的产品设计要求转化成特定的元器件组合，最终在芯片上予以实现的过程；IC制造指根据设计要求制作芯片的过程；IC封装测试是将芯片装入特定的管壳或用材料将其包裹起来，保护芯片免受外界影响。
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集成电路模式主要有两大类，一类是垂直一体化模式(IDM模式)。采用该模式厂商涵盖从IC设计、制造到封装测试等各业务环节，代表厂商有英特尔、三星等。另一类是专业代工模式，每个环节均由特定的厂商负责完成，包括无晶圆厂商(Fabless)，采用该模式的厂商仅进行芯片的设计、研发、应用和销售，而将制造、封装和测试外包，代表厂商如联发科；向IC设计公司提供生产制造专门服务的晶圆代工厂商(Foundry)，如台积电；专业从事IC封装测试的厂商，如日月光。
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2.2 技术发展
半导体行业技术在不断创新和进步，以下是一些当前和未来可能的技术发展：
三维芯片：三维芯片是一种新型的芯片封装技术，它可以把芯片的各个部分组合起来，使得芯片更小、更快、更节能。未来，三维芯片技术有望进一步发展，应用范围也将更加广泛。
晶体管的不断缩小：随着晶体管尺寸的不断缩小，半导体的集成度也在不断提高，性能也在不断改善。未来，晶体管可能会进一步缩小到纳米级别，这将使得半导体产品更小、更快、更省电。
新型存储技术：新型存储技术如固态硬盘（SSD）和三维堆叠存储（3D NAND）已经开始普及，它们具有更高的速度、更大的容量和更低的功耗。未来，这些技术有望得到进一步的改进和应用。
光电子器件：光电子器件将光学和电子学相结合，可以实现更快的数据传输和处理速度。未来，光电子技术可能会在计算机、通信、医疗等领域得到更广泛的应用。
绿色半导体：绿色半导体技术致力于减少半导体生产过程中对环境的影响，包括减少化学物质的使用、提高能源效率和废弃物的回收利用等。未来，绿色半导体技术将会成为行业的重要趋势和方向。
半导体技术的不断创新和发展将推动半导体行业向更高性能、更节能、更环保的方向发展，为人类创造更多的便利和价值。
图 半导体产品链和技术
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按照富士电机和三菱电机的标准，目前IGBT芯片经历了7代：衬底从PT穿通，NPT非穿通到FS场截止，栅极从平面到Trench沟槽，最后到微沟槽。芯片面积、工艺线宽、通态饱和压陈、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从600V提高到6500V以上。每一代工艺的提升都是对于材料更高效的利用。从1988年至今，每一代产品的升级需要5年以上时间才能占领50%左右的市场。
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第一代(PT)：产品采用“辐照”手段，由于体内晶体结构本身原因造成“负温度系数”各IGBT原胞通态压降不一致， 不利于并联运行， 第一代IGBT电流只有25A， 且容量小， 有擎住现象，速度低。
第二代(改进PT)：采用“电场终止技术”，增加一个“缓冲层”在相同的击穿电压下实现了更薄的晶片厚度， 从而降低了IGBT导通电阻， 降低了IGBT工作过程中的损耗。此技术在耐压较高的IGBT上运用效果明显。
第三代(Trench-PT) ：把沟道从表面变到垂直面， 所以基区的PIN效应增强， 栅极附近载流子浓度增大，从而提高了电导调制效应减小了导通电阻；同时由于沟道不在表面，栅极密度增加不受限制，工作时增强了电流导通能力。国内主要是这一代产品。
第四代(NPT) ：目前应用最广泛的一代产品。不再采用外延技术， 而是采用离子注入的技术来生成P+集电极(透明集电极技术)，可以精准的控制结深而控制发射效率尽可能低，增快载流子抽取速度来降低关断损耗，可以保持基区原有的载流子寿命而不会影响稳态功耗，同时具有正温度系数特点。
第五代(NPT-FS)：在第四代产品“透明集电区技术”与“电场终止技术”的组合。由于采用了先进的薄片技术并且在薄片上形成电场终止层，大大的减小了芯片的总厚度，使得导通压降和动态损耗都有大幅的下降， 从而进一步降低IGBT工作中过程中的损耗。
第六代(NPT-FS-Trench) ：在第五代基础上改进了沟槽栅结构， 进一步的增加了芯片的电流导通能力，极大地优化了芯片内的载流子浓度和分布。减小了芯片的综合损耗。
第七代：英飞凌直接从第四代跳到第七代，因为第五代和第六代其实是过渡性的产品，不能真正的算一个代系。
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第三章 行业估值、定价机制和全球龙头企业3.1 行业综合财务分析
半导体行业财务分析主要涉及对该行业公司的财务状况、经营绩效和投资价值等方面进行评估，帮助投资者做出投资决策。以下是半导体行业财务分析中常用的指标和方法：
财务指标分析：包括营业收入、净利润、毛利率、净利率、总资产和净资产等指标，这些指标可以反映公司的盈利能力、财务稳定性和资产负债状况等。
行业比较分析：通过比较该行业内不同公司的财务指标，分析公司在行业中的竞争力和市场地位。
资本结构分析：包括负债比率、资本回报率、股东权益比率等指标，反映公司的资本结构和资本运作效率。
现金流量分析：通过分析现金流量表中的经营、投资和筹资活动，评估公司的现金流量状况和经营管理能力。
盈利能力分析：包括ROE（净资产收益率）、ROA（总资产收益率）、EPS（每股收益）等指标，反映公司的盈利能力和效率。
通过以上分析，可以全面了解半导体行业公司的财务状况和经营绩效，为投资者提供决策依据。需要注意的是，投资决策应该综合考虑公司的财务状况、市场前景、行业发展趋势等因素，谨慎做出决策。
图 半导体行业财务分析
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图 半导体行业估值变化和基准对比
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半导体整体来看，行业发展的增速远远高于GDP增速，收入增长属于高速发展行业。但值得注意的是，此行业的整体净利润率在5.5%左右，前期大量成本需要摊销和新研发的投入拉低了利润。
3.2 行业发展
半导体行业是现代电子工业中最为重要的一个组成部分，广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车、医疗等领域。半导体行业经历了若干发展阶段：
1940年代初，人们开始研究半导体材料的性质和应用。
1950年代，集成电路问世，使得电子器件逐渐趋向微型化。
1960年代，硅片的制造工艺逐渐成熟，半导体材料得到广泛应用，驱动电子工业快速发展。
1970年代至1990年代，半导体行业迎来了高速增长期，芯片设计、制造和封装等技术不断提升。
21世纪以来，半导体行业进入了晶圆制造的深度优化阶段，以及多领域、多场景应用的拓展阶段，如物联网、人工智能、5G通信等。
目前，全球半导体行业呈现出快速发展、技术竞争激烈、市场前景广阔等特点。其中，中国半导体行业也在快速发展，成为全球半导体行业的重要参与者之一。半导体行业经历了数十年的发展和变革，技术和应用不断更新换代，市场前景广阔，是一个充满机遇和挑战的行业。
3.3 竞争格局
市场竞争格局方面，半导体存储器件的主要市场由海外巨头公司掌握，国产公司处于相对落后的位置，但已经在各个细分行业展开追赶，并已获得显著的进展。
DRAM市场由三星、美光、海力士垄断了95%的份额，目前国产厂商合肥长鑫已经开始量产并在官网上架了相关产品，紫光集团也已建立DRAM事业部准备建厂。
NAND Flash的市场由三星、西数、铠侠等6家企业垄断。目前NAND Flash的发展方向是3D堆叠，国外先进企业均已纷纷开发出100层以上堆叠的NAND Flash。国产厂商长江存储已宣布128层产品研发成功，与国外先进企业的差距越来越小，已成为存储国产自主化的中坚力量。
NOR Flash市场上我国企业已不落人后，兆易创新的市占率已位居全球前三，仅次于华邦和旺宏。武汉新芯拥有自主的NOR Flash产能。
3.4 国内企业排名
图 国内上市企业市值排名
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图 国产芯片替代产业链
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3.5 全球半导体重要竞争者
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（1）英特尔是美国一家以研制CPU为主的公司，是全球最大的个人计算机零件和CPU制造商，它成立于1968年，具有52年产品创新和市场领导的历史。1971年，英特尔推出了全球第一个微处理器。微处理器所带来的计算机和互联网革命，改变了整个世界。
（2）三星电子是韩国最大的电子工业企业，同时也是三星集团旗下最大的子公司。1938年3月三星电子于韩国大邱成立，创始人是李秉喆。在世界上最有名的100个商标的列表中，三星电子是唯一的一个韩国商标，是韩国民族工业的象征。
（3）Hynix 海力士芯片生产商，源于韩国品牌英文缩写"HY"。海力士即原现代内存，2001年更名为海力士。海力士半导体是世界第三大DRAM制造商，也在整个半导体公司中占第九位。海力士半导体以超卓的技术和持续不断的研究投资为基础，每年都在开辟已步入纳米级超微细技术领域的半导体技术的崭新领域。另外，海力士半导体不仅标榜行业最高水平的投资效率，还正在展现意义非凡的增长势力。
第四章 未来行业展望
半导体行业在未来仍然有着广阔的发展空间和机遇，以下是一些可能的趋势：
人工智能和机器学习的普及将推动半导体需求的增长。这些技术需要更高效、更快速、更稳定的半导体产品支持，如GPU、TPU等。
物联网的发展将促进半导体需求的增长。物联网需要各种传感器、芯片、处理器和通信设备等半导体产品，随着其在各个领域的应用越来越广泛，对半导体的需求将会进一步增长。
5G技术的普及将带来新的需求和机遇。5G需要更高性能、更低功耗、更高带宽的芯片和通信设备，半导体行业将迎来新的增长机遇。
可穿戴设备和智能家居市场的扩大将推动半导体需求的增长。这些设备需要小型、低功耗、高效的半导体产品，如传感器、微控制器等。
环保和可持续发展的要求将推动半导体行业向更环保、高效的方向发展。绿色半导体技术、新能源材料和可持续制造技术将成为未来半导体行业的重要方向。
总之，半导体行业在未来仍然具有广阔的发展前景，技术创新、市场需求和环保可持续性将是其发展的重要驱动力。
原文标题 : 2023年半导体行业研究报告
