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中国单晶硅产业研究报告 2017
单晶硅 半导体 光伏        2017-12-28

中国单晶硅产业研究报告
 
摘  要
    单晶硅是从大自然丰富的硅原料中提纯制造出多晶硅,再通过区熔或直拉法生产出区熔单晶或直拉单晶硅,进一步形成硅片、拋光片、外延片等。直拉法生长出的单晶硅,用在生产低功率的集成电路元件。而区熔法生长出的单晶硅则主要用在高功率的电子元件。
    在中国光伏产业发展史上,单晶并不如多晶耀眼,组件价格高是制约其壮大发展的主要瓶颈。然而, 2016年这一形势却在悄然发生改变。2016年单晶的市场占有率已由15%提高到了27%,接近30%的市场占有率。预测2017年单晶将延续对多晶的逆袭势头,市场占有率也会相应的提高到35%的水平。由此不难发现,2017年单晶多晶路线之争,最后拼的还是成本和技术。
    硅片制造是晶硅制造的下一个环节,也属于整个产业链的上游层面。与晶硅制造环节不同,该环节为资本密集型,技术含量不高,产品工艺与投入设备相关,可分为单晶硅片和多晶硅片。从硅片的种类看,市场目前分为单晶和多晶两种,随着光伏市场的不断发展,单晶的市场份额将会逐步增大,根据光伏业协会的预测数据,目前单晶硅片的市场占比将由现在的24.5%扩大到2025年的48%,其中N型单晶提高到30%,P型单晶提高到18%。而多晶硅的市场份额将由现在的75.5%下降到2025年的48%。
    根据中国光伏业协会的数据显示,2016年全球硅片产量69GW,我国硅片产量超过63GW,同比增长31.2%,占比91.3%。2017年上半年,我国硅片产量在36GW以上,同比增长20%以上,行业产能利用率在80%以上,生产成本降至6美分/瓦以下。
    我国硅片市场主要是依赖出口,2016年,我国硅片出口至26个国家和地区,硅片出口额为27.1亿美元,占光伏产品总出口额的19.3%,同比增加29.2%。硅片出口量约34.7亿片,合15.9GW,约占中国硅片产量的24.6%。其中单晶硅片出口额为8.1亿美元,出口量为9.7亿片;多晶硅片出口额为19.0亿美元,出口量为25.0亿片,单晶硅片和多晶硅片出口额比例约1:2.5。
    半导体单晶硅片下游市场整体向好,继续保持增长趋势。在新技术(云计算、人工智能、智能驾驶)逐步兴起的背景下,基于对深度大数据处理的需求大幅增加,将带来半导体硬件设备的快速更新升级。半导体行业或迎来大规模发展契机。单晶硅片成本极具竞争力,长期来看替代优势明显。单晶做成组件成本将低于多晶。
    平价上网未来是趋势,因此单晶硅片的降价是必然要求。一方面,随着硅片成本的下降,系统投资成本进一步下降,另一方面,随着组件效率的提升,摊簿的BOS成本也跟着下降,进一步降低了系统投资成本。系统投资成本不断降低的同时,度电成本与火电相比更具竞争力,平价上网是趋势。同时,平价上网又倒逼技术进步,单晶硅片的降价是平价进程中的必然要求。
    根据全球半导体硅片的供给与需求以及价格的变动情况分析,发现供不应求的局面大概率将在未来几年继续上演,硅片产能的扩张速度将低于IC晶圆制造的需求增速,硅片的价格也将一改过去几年的下滑趋势,这为半导体硅片产业的投资带来新的机遇。
    北京经纬万方信息咨询有限公司推出的《中国单晶硅产业研究报告》正是针对上述单晶硅行业特征,参考单晶硅相关专家意见、依据国家统计局、中国石油与化工协会、国家计委、国家海关总署及海外相关报纸的基础信息,经我公司对单晶硅相关企业与部门的实地调查与访问,对国内外单晶硅及其上、下产业的生产布局、供需现状、竞争格局、进出口情况进行了详细阐述与分析,对未来单晶硅行业发展的主要影响因素、投机风险及未来发展趋势作出预测,并重点分析了单晶硅业内重点企业技术、生产与市场特点,是生产、投资及科研等相关人员了解目前单晶硅行业发展动态、把握企业定位和决策投资发展方向有意义的参考资料。(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
 
未注明来源资料均为我公司内部资料。
 
目  录
第1章 单晶硅简介 14
1.1 简介 14
1.2 制法和分类 14
1.3 单晶硅片的应用 15
1.4 从原料到下游 16
1.5 单晶硅和多晶硅的区别 16
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
 
第2章 光伏行业中单晶硅与多晶硅的对比 18
2.1 单晶硅和多晶硅之战 18
2.2 单晶硅和多晶硅材料对比 19
2.2.1 材料质量的对比 19
2.2.2 材料制备技术的区别 20
2.2.3 材料加工成本的区别 21
2.2.4 单、多晶硅太阳电池技术对比 21
2.3 光伏电站组件选型分析 22
2.3.1 晶硅电池组件电学性能对比 22
2.3.2 光伏发电系统土地占用情况 23
2.3.3 组件转换效率对光伏发电项目投资成本的影响 25
2.3.4 温度系数和功率衰减对系统发电量的影响 27
2.3.5 弱光响应对系统发电量的影响 27
2.3.6 单晶硅与多晶硅组件对光伏发电项目的影响 28
2.4 单晶硅与多晶硅在光伏项目中的变化 29
2.4.1 光伏发电趋向“大众化” 30
2.4.2 后“6.30”时代 光伏业不悲观 30
2.4.3 触底反弹 31
2.4.4 单晶热潮方兴未艾 33
2.4.5 降本增效是王道 33
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
 
第3章 半导体最重要的材料:单晶硅片 35
3.1 单晶硅片的特性 35
3.1.1显著的半导特性 35
3.1.2 P-N结特性与光电特性 35
3.1.3 应用广泛 36
3.2 半导体单晶硅片的生产工艺 37
3.2.1直拉法和区熔法 37
3.2.2单晶硅片的生产工艺流程 39
3.3上游设备原材料格局 40
3.3.1多晶硅的纯度是硅片制备的关键 40
3.3.2关键生产设备均来自国外 42
3.4 半导体硅片产业背景 44
3.4.1 硅片产业基本概述 44
3.4.2 在IC集成电路中处于关键地位 47
3.5 单晶硅片是半导体器件最重要的材料 50
3.5.1单晶硅片具有基本完整的点阵结构 50
3.5.2单晶硅片的尺寸与集成电路制程的发展 50
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
 
第4章 单晶硅片产业链分析 53
4.1 半导体硅片全球格局 53
4.1.1 半导体单晶硅片由国外厂商垄断 53
4.1.2 龙头一一日本信越化学 55
4.1.3 后起之秀——日本SUMCO公司 58
4.2 我国硅片市场格局 60
4.2.1 产业现状 60
4.2.2 竞争格局 64
4.2.3 技术工艺 66
4.3 半导体单晶硅片下游市场前景广阔 67
4.3.1半导体单晶硅片全球需求强劲 67
4.3.2 300MM硅片需求持续扩张 70
4.4 单晶硅片价格现状与走势分析 74
4.4.1 欧美市场淡季触发单晶硅片降价 74
4.4.2 单晶硅片降价将加速替代多晶进程 76
4.4.3 平价上网是长期趋势 79
4.5 我国相关上市公司及替代机会 82
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
 
第5章 全球半导体硅片产业分析 84
5.1 全球半导体硅片产业概况 84
5.1.1 全球半导体硅片产业发展现状 84
5.1.2 全球晶圆代工的产能现状与需求预测 85
5.1.3 全球半导体硅片的产能情况 86
5.1.4 四大因素导致未来几年半导体硅片将供不应求 86
5.2 全球半导体硅片产业现状 87
5.2.1 全球半导体硅片产业发展情况 87
5.2.2 全球半导体硅片产业竟争格局巨头垄断 92
5.3.3 目前全球半导体硅片产能情况 95
5.3 全球半导体硅片需求预测 99
5.3.1 目前全球IC晶圆代工厂产能情况 99
5.3.2 未来全球IC晶圆代工厂产能与硅片需求预测 103
5.4 四大因素导致未来几年半导体硅片将供不应求 108
5.4.1 晶圆代工大厂进入高端制程工艺竞赛 108
5.4.2 3D NAND存储芯片应用需求大增 110
5.4.3 汽车半导体、CIS、MCU等芯片快速普及 111
5.4.4 中国大陆晶圆代工厂爆发式扩张 113
5.5 全球各大半导体硅片企业 115
5.5.1 日本信越SHINETSU 115
5.5.2 日本SUMCO 118
5.5.3 台湾环球晶圆GLOBAL WAFERS 122
5.5.4 德国SILTRONIC 125
5.5.5 美国SUNEDISON SEMICONDUCTOR 128
5.5.6 韩国LG SILTRON 130
5.6 中国大陆半导体硅片企业 131
5.6.1 上海新具半导体 131
5.6.2 上海新傲半导体 133
5.6.3 浙江金瑞泓 134
5.6.4 洛阳单晶硅 134
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
 
第6章 我国半导体产业市场分析 136
6.1 中国半导体产业黄金发展期已至 137
6.1.1 中国半导体市场逆势增长 137
6.1.2 政策扶持带来新机遇 140
6.1.3 垂直分工趋势明显 144
6.2 半导体制造需求旺 148
6.2.1 半导体制造流程 148
6.2.2 12寸晶圆成市场主流 151
6.2.3 28NM工艺制程 153
6.2.4 中游资本支出提升 155
6.2.5 供需紧张 半导体涨价 157
6.2.6 海外龙头公司大涨 158
6.3 半导体产业值得重点关注的四个维度 159
6.3.1 应用市场的维度 159
6.3.2 从技术创新的维度 160
6.3.3 从产业分工的维度 163
6.3.4 从产业转移的维度 165
6.4 重点企业 169
6.4.1大陆地区优势公司 169
6.4.1 紫光国芯 171
6.4.2 七星电子 172
6.4.3 长电科技 172
6.4.4 北京君正 173
6.4.5 中颖电子 173
6.4.6 通富微电 174
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
 
 
图1-1 单晶硅产业链全景 16
图2-1 发电效率与用地面积的关系曲线 24
图2-2 组件转换效率与光伏电站项目总投资的关系 26
图2-3 组件价格与光伏电站项目总投资的关系 27
图2-4 中国装机容量统计 30
图2-5 光伏原料的市场占有率 31
图2-6 光伏原料的市场出货量 32
图2-7 光伏原料中国实际需求占比 32
图2-8 2016年我国单晶组件出货排名 33
图3-1 单晶硅的电阻率特性 35
图3-2 单晶硅片的P-N结 36
图3-3 半导体器件 37
图3-4 太阳能电池 37
图3-5 单晶硅制备流程 38
图3-6 半导体单晶硅片加工工艺流程 39
图3-7 半导体单晶硅片切割工艺流程 40
图3-8 全球电子级硅料需求情况 42
图3-9 晶盛电机TDR130A-ZJS 43
图3-10 美国 KAYEX公司VISION300 44
图3-11 光伏级单晶硅片与多晶硅片的工艺区别 45
图3-12  IC集成电路用单晶硅片制造难度远大于太阳能电池和普通半导体硅片 45
图3-13 直拉法单晶硅生长过程模拟 46
图3-14 直拉法生产单晶硅工艺示意图 46
图3-15 300毫米(12寸)大硅片生产工艺流程 47
图3-16 半导体硅片在IC集成电路中处于关键地位 47
图3-17 三种主要的硅片产品——抛光片、外延片和SOI 48
图3-18 三种硅片产品的主要应用领域——抛光片、外延片和SOI 49
图3-19 单晶硅片 50
图3-20 单晶硅点阵结构 50
图3-21 半导体硅片尺寸发展历程 51
图3-22 集成电路制程发展历史 52
图4-1 近五季全球硅晶圆出货面积不断上升 53
图4-2 2013-2016年全球硅片市场规模 54
图4-3 硅晶圆产业几乎由国外厂商垄断 54
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
图4-4 信越化工生产的11个9纯度的单晶硅 56
图4-5 信越化工生产的单晶硅片 57
图4-6 信越化工近几年营业收入不断攀升 57
图4-7 信越化工净利润持续上升 58
图4-8 SUMCO公司净利润 59
图4-9 SUMCO公司营业收入 60
图4-10 我国硅片产量全球占比情况80 61
图4-11 我国硅片产量对比图 61
图4-12 我国硅片出口情况 62
图4-13 我国硅片出口国家占比 62
图4-14 2016年硅片主要出口企业(百万美元) 63
图4-15 各种硅片市场占比预测 63
图4-16 国内硅片价格走势(元/片) 64
图4-17 国际硅片价格走势(美元/片) 64
图4-18 2013年全球半导体前道各材料市场比重 68
图4-19 2015年全球半导体前道各材料市场比重 68
图4-20 全球硅片市场现状及发展预测 69
图4-21 2014-2017年全球半导体市场规模 70
图4-22 全球不同尺寸硅片市场需求情况 71
图4-23 全球300MM和450MMFABS预测 72
图4-24 全球营运的12寸晶圆厂数量及预期 73
图4-25 大陆主要12寸晶圆厂分布 73
图4-26 全球不同尺寸硅片市场现状及预测 74
图4-27 单多晶硅片价格走势(单位:元/片) 75
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
图4-28 单多晶组件价格走势(单位:美元/W) 75
图4-29 近三年全球装机情况 76
图4-30 全球光伏度电成本(单位:美元/MWH) 79
图4-31 美洲光伏与火电度电成本(单位:美元/MWH) 80
图4-32 欧洲光伏与火电度电成本(单位:美元/MWH) 80
图4-33 亚洲光伏与火电度电成本(单位:美元/MWH) 80
图4-34 技术进步推动光伏成本下降进程 82
图5-1 2015年全球半导体产业市场规模(亿美元,占比) 88
图5-2 2015年全球IC集成电路产业市场规模(亿美元,占比) 88
图5-3 2005-2015年全球半导体材料市场规模(亿美元) 89
图5-4 2014年全球晶圆制造材料市场规模(亿美元,占比) 89
图5-5 2008-2020年全球半导体硅片市场规模(亿美元) 90
图5-6 2008-2020年全球IC市场规模(十亿美元) 90
图5-7单晶硅片主要规格类型 91
图5-8 2005-2020年全球硅片市场现状及预测(百万平方英寸) 91
图5-9 全球硅片需求情况-按下游应用市场划分 92
图5-10  2015年全球前十大半导体硅片企业(亿美元) 93
图5-11  2015年前六大半导体硅片厂份额达92% 93
图5-12 2015年300MM大硅片市场份额 94
图5-13 前三大半导体硅片供应商均由大型并购整合而来 94
图5-14大尺寸硅片加工技术难度大 95
图5-15 2008-2015年全球半导体硅片市场规模 95
图5-16 2008-2015年全球半导体硅片产量 96
图5-17 全球硅片平均价格(美元/平方英寸) 96
图5-18 2016-2020年全球半导体硅片产量预测(百万平方英寸) 97
图5-19 全球300MM半导体硅晶圆需求情况 97
图5-20 全球季度300MM硅晶圆月需求情况 98
图5-21 集成电路完整产业链结构图 100
图5-22 2004-2015年全球晶圆代工市场规模及增速 100
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
图5-23 2004-2015年全球晶圆代工企业市场份额情况 101
图5-24 2014-2020年12月全球晶圆月产能(百万片,8寸约当) 104
图5-25 2014-2020年12月全球晶圆月产能份额情况 104
图5-26中国大陆晶圆代工厂市场规模预测(十亿美元) 105
图5-27全球晶圆代工厂市场规模预测(十亿美元) 105
图5-28 2015-2019年半导体重要应用领域的硅片需求增速预测 106
图5-29全球12寸晶圆厂数量情况与预测 107
图5-30 四大因素将导致半导体硅片供不应求 108
图5-31 全球六大IC制造企业工艺节点演进情况 109
图5-32 全球主要IC制造厂商资本开支(百万美元) 109
图5-33 2015-2025年全球不同工艺晶圆制造市场规模情况 110
图5-34 智能手机用300MM硅片预测(百万片/月) 112
图5-35 汽车半导体用200MM硅片预测(百万片/月) 112
图5-36 信越化工的研发与制造工厂遍布全球 116
图5-37 2015财年信越收入按产品划分 116
图5-38 2015财年信越收入按地区划分 117
图5-39 2000-2015年信越化工硅材料收入情况 117
图5-40 信越化工股价变动情况 118
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
图5-41 SUMCO历史沿革 119
图5-42 SUMCO全球网络 120
图5-43 SUMCO主要硅产品 120
图5-44 SUMCO主要硅产品规格 121
图5-45 SUMCO收入情况 121
图5-46 SUMCO净利润情况 122
图5-47 SUMCO股价变化情况 122
图5-48 环球晶圆集团结构 123
图5-49 环球晶圆主要产品 124
图5-50 环球晶圆收入情况 124
图5-51 环球晶圆净利润与毛利率情况 125
图5-52 SILTRONIC主要生产基地与产品 126
图5-53 SILTRONIC收入情况 126
图5-54 SILTRONIC净利润情况 127
图5-55 SILTRONIC股价变化情况 127
图5-56 SUNEDISON SEMICONDUCTOR收入情况 129
图5-57 SUNEDISON SEMICONDUCTOR净利润情况 129
图5-58 LG SILTRON主要产品 130
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
图5-59 LG SILTRON收入情况 130
图5-60 新昇半导体股权结构 132
图5-61 新昇半导体生产爬坡计划 133
图5-62洛阳单晶硅主要产品 135
图6-1 世界半导体产品结构 137
图6-2 需求推动半导体产业发展 138
图6-3 1990~2014年半导体市场增速和全球GDP增速 138
图6-4 全球PC,平板及智能手机出货增速 139
图6-5 全球与中国半导体市场规模和增长情况 139
图6-6 中国IC进出口规模 140
图6-7 中国半导体自给率低 141
图6-8 固定资产投资迅速增加 143
图6-9 中国半导体产业发展路线 144
图6-10 集成电路产业链 144
图6-11 2001-2015年集成电路产业结构 145
图6-12 2011-2015年集成电路产业结构变化趋势 145
图6-13 工艺制程 146
图6-14 FABLESS占半导体销售额比率 147
图6-15 FABLESS与旧M厂业绩增速的比较 148
图6-16 晶柱制造流程 149
图6-17 集成电路制造工艺 149
图6-18 光刻流程 150
图6-19 全球不同尺寸硅片市场现状及发展预测100.0% 152
图6-20 12寸晶圆厂数量 152
图6-21 大陆主要12寸晶圆厂分布 153
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
图6-22 国际主流晶圆制造厂28纳米工艺量产进程 154
图6-23 全球28NM工艺产品年需求量(千片) 154
图6-24 北美和日本半导体设备制造商BB值 156
图6-25 全球半导体资本支出预测 157
图6-26 NAND FLASH和DRAM价格走势 157
图6-27 全球半导体销售额及同比增长率(月度数据) 158
图6-28 全球半导体龙头的股价表现 158
图6-29 集成电路指数(申万)与费城半导体指数走势对比 159
图6-30 IOT将承接智能手机成为半导体新的增长引擎 160
图6-31 摩尔定律与超越摩尔 161
图6-32 英特尔公司的技术路线图 161
图6-33 先进封装技术 162
图6-34 FAN-OUT技术发展路线 162
图6-35 GAN器件性能优于其他半导体材料 163
图6-36 GAN和SIC功率器件有望取代SI基器件 163
图6-37 集成电路产业的垂直分工历程 164
图6-38 芯片设计(FABLESS)比IDM公司的收入增长快 164
图6-39 半导体产业的三次转移历史 165
图6-40 半导体产业链及主要上市公司 170
 
表1-3 单晶硅及其应用分类 15
表2-1 P型单晶硅片和P型多晶硅片的关键技术参数对比 20
表2-2 单晶硅拉棒和多晶硅铸锭的材料制备工艺对比 20
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
表2-3 金刚线切割的优势和在多晶硅切割时存在的问题 21
表2-4 常规晶体硅太阳电池产业化平均转换效率 22
表2-5 晶体硅太阳电池组件转换效率与功率的关系 22
表2-6 —线光伏制造厂商60PCS晶硅组件温度系数及功率衰减情况 23
表2-7 I类地形区固定式10MW光伏电站用地总体指标一(110KV,单位:公顷) 23
表2-8 不同组件效率对应纬度40°时10MW光伏电站项目用地面积情况 24
表2-9 10MW光伏电站投资概算(不包含土地租赁费)(单位:万元) 25
表2-10 10MW光伏电站项目釆用不同效率的组件数量情况 25
表2-11 10MW光伏电站项目投资情况 26
表2-12 —线光伏制造厂商60PCS晶硅组件NOCT测试结果 28
表2-13 不同组件转换效率与光伏系统度电成本的关系(单位:元/千万时) 29
表3-1 直拉法和区熔法的比较 38
表3-7 电子級多晶硅的等级及相关技术要求 41
表3-8 电子级多晶硅与太阳能级多晶硅的区别 41
表3-9 单晶硅片生产线设备配置 42
表3-10 国内外主要单晶硅炉生产厂商的先进产品 43
表3-11 主流半导体硅片的规格 49
表3-12 直拉法和区熔法的比较 51
表4-1 日本信越化学株式会社历史 55
表4-2 SUMCO公司历史 58
表4-3 SUMCO硅晶圆规格 59
表4-4 2016年全球十大硅片厂商产量排名(GW) 65
表4-5 2016年中国十大硅片厂商产能排名(GW) 65
表4-6 中国重点硅片制造相关上市企业简介 65
表4-7 切片技术比较分析 67
表4-8 2013-2017年全球硅晶圆片的出货量计 68
表4-9 2014-2018年全球半导体的资本支出和 70
表4-10 单晶企业产能扩张情况 76
表4-11 组件厂商成本测算 77
表4-12 硅片厂商成本测算 78
表4-13 各种模拟情境下单晶硅片企业毛利率及净利润情况(对标情况是多晶金刚线切割硅片) 78
表4-14 部分国家2015-2017年装机量(单位MW) 81
表4-15 我国企业度电成本情况 81
(本报告由经纬万方提供 联系电话:010-51920018)
表4-16 国内光学镜头相关上市公司介绍 82
表5-1 中国大陆现有12寸晶圆厂 113
表5-2 中国大陆兴建中的12寸晶圆厂 114
表5-3 中国大陆计划中的12寸晶圆厂 114
表5-4 中国大陆现有与兴建中的8寸晶圆厂 115
表5-5 中国大陆半导体硅片供应商 131
表6-1 中国半导体市场增速领跑全球 140
表6-2 政策利好集成电路产业 141
表6-3 《国家集成电路产业发展推进纲要》 142
表6-4 大基金主要投资项目 142
表6-5 国内重大半导体并购案例 143
表6-6 IDM、FABLESS、FOUNDRY和封测厂商 146
表6-7 集成电路投资估计值(亿美元) 147
表6-8 硅片直径及简称 151
表6-9 集成电路投资额估计值 153
表6-10 28NM在各领域市场份额预测 155
表6-11 与28NM工艺制程有关的国家政策 155
表6-12 大陆地区已披露的晶圆生产线投资规划(截止2017年2月) 166
表6-13 中资海外半导体并购(已完成和正在进行的并购) 167
表6-14 国内主要的半导体产业链上市公司 170
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