全市场科技产业策略报告第137期：电子工业的“粮食”不可或缺，多维度探讨电子气体行业发展情况

全市场科技产业策略报告第137期 写在前面：硅烷科技申报北交所，电子特气业内公司加速扩产。电子特气是工业制造不可或缺的基础原材料，近年来随着下游电子半导体行业的快速发展，电子特气重要性愈发凸显。我们将从增长逻辑、竞争格局等多维度角度进行深入分析。 半导体制造的关键材料，国内电子特气工艺较国际先进水平存在差距：电子特气是指可用于电子半导体领域生产、具备超纯、超净特性的气体，是仅次于硅片的第二大市场需求半导体材料，占比达到14.1%。电子特气广泛参与到半导体制造的清洗、沉积、光刻、刻蚀、掺杂等各个环节中。2020年，44%的电子特气的下游市场由集成电路所占据，另有35%属于面板行业，太阳能电池和LED及其他各占13%和8%。 目前，德国林德集团、法国液化空气集团和美国空气化工产品集团是全球最大的三家气体供应商，2019年合计占据全球电子气体市场70%市场份额，市场高度集中。 中国特种气体市场正处于成长期到成熟期衔接阶段，经过几十年的发展，国内该产业在很多技术难点上实现攻克，缓解了“进口依赖”局面。然而，尽管部分特种电子气已经实现自主供应能力，但硅族气体、含氟气体、卤素气体、掺杂气体、电子工业用同位素气体、成膜气体以及混配气体的国内供给均处于短缺状态，国内在这几类特种气体的相关提纯、合成等技术方面，仍较西方国家落后较多。 市场需求与国内晶圆产能同向稳定扩张，预计2022年电子特气市场规模突破200亿元：国内电子特气市场长期被外国寡头垄断，2018年国内企业仅占据12%的市场份额，特种气体国产化成为行业发展的必然趋势。近年来，我国集成电路和显示面板行业发展迅速，1）集成电路领域：随着5G、人工智能、无人驾驶等新技术的发展和应用，中国集成电路市场规模稳定增长，2021年中国集成电路产业销售额首次突破10000亿元，增速普遍高于全球集成电路市场增速；2）显示面板领域：大陆厂商在LCD领域拥有业内最高世代产线10.5/11代产线，国内规模效应不断凸显，我国已成为全球最大的LCD面板供应市场，预计2022年中国面板产能占比将达到56%。 此外，中国大陆晶圆厂产能市场份额从1995年1.7%提升至2020年22.8%，成为第一大晶圆生产国。晶圆代工作为集成电路中一项重要业务，下游受到半导体、芯片等需求带动，向上推动半导体制造材料市场的扩张。作为晶圆制造材料中成本仅次于硅片的材料，电子特气市场需求随国内晶圆产能增加和市场份额扩大而增加。 2016-2020年期间，晶圆代工市场规模增长率几乎保持在20%以上，电子特气市场受需求推动，增长率波动趋势与晶圆代工市场相近，规模由2016年的98亿元增至2020年的174亿元，年均复合增长率达15.4%，2022年我国市场规模有望突破200亿元。 行业仍以海外巨头为主，国内企业业务收入平均在7亿左右：2021年德国林德公司、法国液化空气、美国空气化工的营收规模分别为1963亿元、1782亿元、669亿元。2021年华特气体、金宏气体、南大光电、硅烷科技的总营收分别为13.5亿元、17.4亿元、9.8亿元、7.2亿元，其中特种气体业务收入分别为7.97亿元、6.59亿元、7.31亿元、6.49亿元。南大光电和硅烷科技的特气业务拓展较为顺利，整体来看相较于国外电子气体企业的千亿规模，国内的公司规模尚小。从业务来看，华特气体以特种气体为核心，辅以普通工业气体和相关气体设备与工程业务；金宏气体是特种气体、大宗气体、天然气的综合提供商；南大光电技术研发和产业化始终围绕先进前驱体材料、电子特气和光刻胶三类核心半导体材料推进；硅烷科技则聚焦于电子特气中的氢硅材料产品。从客户来看，下游客户类型主要分为终端用户（中芯国际、TCL华星、华润微电、台积电、英特尔等）和气体公司（液化空气集团、日本酸素控股、大金工业集团等）两类。从研发来看，2021年，南大光电研发费用超1亿元（+85.85%）；硅烷科技研发费用未超过2500万元，但增速（+249.41%）突出。 风险提示：原材料价格波动风险，行业竞争风险，宏观经济环境风险 1.写在前面：硅烷科技申报北交所，电子特气业内公司加速扩产 据北交所公告称，河南硅烷科技发展股份有限公司在审议的发行人之中。硅烷科技是一家从事氢硅材料产品研发、生产、销售和技术服务的专业公司，目前主要产品为氢气（工业/高纯氢）与电子级硅烷气，其中电子级硅烷气是半导体制造中的常见材料。硅烷科技于2017年11月建成百吨级硅烷法制备电子级多晶硅中试项目，该项目使用自产的高纯硅烷为原料，成功生产出棒状多晶硅，为高纯多晶硅量产奠定了坚实的基础。此外，据硅烷科技招股书披露，硅烷科技本次募投项目中包含500吨/年半导体硅材料项目。 硅烷科技所处的电子特气行业中，华特气体、金宏气体分别于2019年和2020年募集资金用于扩大公司的特种气体产能，南大光电也于近日发布《可转换债募资说明书》，旨在为公司的电子级三氟化氮、高纯磷烷、砷烷产品扩产。 表1：近期电子特气行业公司的募投项目情况（万元） 电子特种气体又称电子特气，是电子气体的一个分支，相较于传统工业气体，纯度更高，其中一些具有特殊用途。电子特气是工业制造不可或缺的基础原材料，近年来随着下游电子半导体行业的快速发展，电子特气重要性愈发凸显。本片报告我们将聚焦于电子特气行业，着重围绕着以下三个思考进行行业发展的探究分析。 思考一：什么是电子特气，其重要性如何？ 思考二：电子特气的市场空间和规模、增长逻辑如何？ 思考三：电子特气的竞争格局以及各个公司的业务情况如何？ 2.思考一：什么是电子特气，其重要性如何？ 2.1.明辨概念：电子特气是专用于电子半导体领域生产的特种工业气体 工业中，把常温常压下呈气态的产品统称为工业气体。工业气体是现代工业的基础原材料，在国民经济中有着重要的地位和作用。根据制备方式和应用领域的不同，工业气体可以分为空分气体和其他工业气体。空分气体主要通过分离空气制取，主要品种包括氧气、氮气和氩气，该等气体品种是空气的主要成分，在常温下均为气态，在空气中的体积占比一般为20.95%、78.08%、0.93%。其他工业气体包括合成气体和特种气体，合成气体主要指乙炔、氢气、二氧化碳，该等气体的制备方法与空分气体截然不同，应用领域也有较大差别，特种气体一般是指在部分特定领域应用的气体产品。（来源：侨源气体招股意向书） 图1：工业气体产品分类 根据纯度和用途又可以细分为高纯气体、标准气体和电子特种气体，如氦气、氖气、氙气、臭氧等。特种气体用量虽小，但对纯度、杂质含量等指标有较高要求，经济价值较高。根据侨源气体招股意向书，在工业气体产品中，空分气体应用领域最为广泛、使用量最大，占据最主要的市场份额，约占全部工业气体产品的90%以上。 图2：大宗气体&特种气体 广义的“电子气体”指可用于电子工业生产中使用的气体，是最重要原材料之一，狭义的“电子气体”特指可用于电子半导体领域生产的特种气体。电子气体按门类可分为纯气、高纯气、半导体特殊材料三大类，其中高纯气体主要用做稀释气和运载气，特殊材料主要用于外延、掺杂和刻蚀工艺。电子气体按照纯度等级和使用场合，可分为电子级、LSI（大规模集成电路）级、VLSI（超大规模集成电路）级和ULSI（特大规模集成电路）级。《战略性新兴产业分类（2018）》按用途将电子气体分为电子特种气体和电子大宗气体。其中，电子特种气体在电子产品制程工艺中广泛应用于化学气相沉积（VCD）、离子注入、光刻胶印刷、扩散、刻蚀、掺杂等工艺。 图3：电子气体分类 从电子气体特性来看，气体纯度是特种气体产品的核心参数，要求超纯、超净。超纯要求气体纯度达到4.5N、5N甚至6N、7N，超净即要求严格控制粒子与金属杂质的含量，通常要求金属元素净化到10级至10级。纯度每提升一个N以及粒子、金属杂质含量浓度每降低一个数量级都将带来工艺复杂度和难度的显著提升。在特种气体的各个应用领域中，电子半导体领域对特种气体的纯度和质量稳定性要求最高。在电子半导体领域，特种气体广泛用于集成电路、液晶面板、LED、光纤通信、光伏等行业，近年来下游产业技术快速更迭，特别是在集成电路制造领域，制程节点不断减小，从 28nm 制程到 7nm 制程，晶圆尺寸从8寸晶圆到12寸晶圆。作为集成电路制造的关键材料，伴随着下游产业技术的快速迭代，特种气体对纯度和精度的要求持续提高，比如在纯度方面，普通工业气体要求在99.99%左右，但是在先进制程的集成电路制造过程中，气体纯度要求通常在6N（99.9999%）以上。 -9 -12 图4：不同工业气体纯度要求 从制作工艺来看，特种气体在生产过程中涉及合成、纯化、混合气配臵、充装、分析检测、气瓶处理等多项工艺技术。气体纯化是通过精馏、吸附等方式将气体原材料精制成更高纯度的气体产品。气体合成是将原材料在特定压力、温度、催化剂等条件下，通过化学反应得到气体产品。空气分离是利用空气分离设备，通过低温精馏等方式分离生产氮气、氧气等空分气体。气体充装是以加压泵（压缩机）通过自动控制（PLC）连锁压力、流量、温度的方式将产品气体充填进气瓶、长管拖车、管束式集装箱等包装容器。气体混配是使平衡气和各组分气在分析合格后经管道进入气体混配装臵，根据客户需求的混配比例，调节各组分气及平衡气的比例进行混合。气体检测是将样品通入分析仪器进行分析，经过电脑数据处理软件处理后得到样品分析数据。钢瓶处理是根据载气性质及需求的不同，对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理的过程，以保证气体存储、运输过程中产品的稳定。 表2：电子气体制作工艺图示 从供应模式来看，特种气体供应模式一般可分为零售供气与现场制气两类，此外还包括TGCM等新兴服务模式。零售供气即气体供应商为满足小批量用户需求而生产独立气体产品，通过槽瓶、钢瓶、杜瓦瓶等方式分别向多个客户销售的经营模式，具体来看分为瓶装气业务和储槽气业务，其中储槽气体业务广泛适用于电子半导体、化工、机械制造等领域。现场制造气主要是为了满足大规模用气需求，而在客户端建造现场制气装臵，通过管网供应气体。 TGCM是TotalGasandChemicalManagement（全面气体及化学品运维管理服务）的简称，是指气体供应商为半导体制造商提供的一整套气体及化学品综合服务，包括产品管理、设备管理、工程和技术支持服务、分析服务、信息管理服务以及废物管理等。由于半导体制造领域应用的特种气体和化学品品种繁多，全球知名的集成电路制造厂商及面板厂商多釆用TGCM的模式，把生产工厂内的气体和化学品的管理配送等工作分包给专业的气体公司。 TGCM应用模式更多体现在半导体制造领域的大型制造公司。 表3：特种气体供应模式 2.2.角色定位：工业制造不可或缺，下游对接多种行业 工业气体是现代工业的基础原材料，在国民经济中有着重要的地位和作用，广泛应用于集成电路、液晶面板、LED、光纤通信、光伏、医疗健康、节能环保、新材料、新能源、高端装备制造、食品、冶金、化工、机械制造等新兴行业及国民经济的基础行业，对国民经济的发展有着战略性的支持作用，被喻为“工业的血液”。近年来，随着电子工业的快速发展，电子气体在半导体行业中的地位日益凸显，电子气体是仅次于硅片的第二大市场需求半导体材料，占比达到14.1%。在电子器件的生产过程中，从单个芯片生成到最后器件的封装，电子气体几乎渗透到集成电路生产每个环节，对集成电路产品的性能、集成率、良品率产生重大影响。电子气体纯度每提高一个数量级，都会极大地推动半导体器件品质的飞跃，而电子气体的纯度一旦出现问题，可能就会造成芯片的各种缺陷，甚至污染整个产线。 图5：2020年半导体制造材料市场规模占比 从产业链来看，工业气体行业原材料是空气、工业废气、基础化学原料等，其上游行业是气体分离及纯化设备制造业、基础化学原料行业、压力容器设备制造业等。下游领域包括冶金、化工、机械制造等传统行业，以及半导体、显示面板、LED、光伏、医疗健康、光纤光缆等新兴行业，目前以传统钢铁、石化、电