第一篇：半導體材料研究的新進展(精)

半導體材料研究的新進展* 王占國

(中國科學院半導體研究所,半導體材料科學實驗室,北京 100083 摘要:首先對作為現代信息社會的核心和基礎的半導體材料在國民經濟建設、社會可持續(xù)發(fā)展以及國家安全中的戰(zhàn)略地位和作用進行了分析,進而介紹幾種重要半導體材料如,硅材料、GaAs和InP單晶材料、半導體超晶格和量子阱材料、一維量子線、零維量子點半導體微結構材料、寬帶隙半導體材料、光學微腔和光子晶體材料、量子比特構造和量子計算機用材料等目前達到的水平和器件應用概況及其發(fā)展趨勢作了概述。最后,提出了發(fā)展我國半導體材料的建議。本文未涉及II-VI族寬禁帶與II-VI族窄禁帶紅外半導體材料、高效太陽電池材料Cu(In,GaSe 2、CuIn(Se,S等以及發(fā)展迅速的有機半導體材料等。關鍵詞:半導體材料;量子線;量子點材料;光子晶體

中圖分類號:TN304.0文獻標識碼:A

文章編號:1003-353X(200203-0008-05 New progress of studies on semiconductor materials WANG Zhan-guo(Lab.of Semiconductor Materials Science,Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences , Beijing 100083,China Abstract:The strategic position and important role of semiconductor materials, as a core and foundation of the information society, for development of national economic, national safety and society progress

are analyzed first in this paper.Then the present status and future prospects of studies on semiconductor materials such as silicon crystals, III-V compound semiconductor materials and GaAs,InP and silicon based superlattice and quantum well materials, quantum wires and quantum dots materials, microcavity and photonic crystals, materi-als for quantum computation and wide band gap materials as well are briefly discussed.Finally the suggestions for the development of semiconductor materials in our country are proposed.II-VI narrow and wide band gap materials, solar cell materials and organic materials for optoelectronic devices etc.are not included in this article.K e y w o r d s: semiconductor materials;quantum wire;quantum dot materials;photonic materials 1半導體材料的戰(zhàn)略地位

本世紀中葉,半導體單晶硅材料和半導體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功,導致了電子工業(yè)革命,深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式,徹底改變了人們的生活方式。70年代初,石英光導纖維材料和GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料及其G a A s激光器的發(fā)明,促進了光纖通信技術迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術產業(yè),使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功,徹底改變了光電器件的設計思想, 使半導體器件的設計與制造從過去的“雜質工程”發(fā)展到“能帶工程”,出現了以“電學特性和光學特性可剪裁”為特征的新范籌, 使人類跨入到量子效應

*國家基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目(G2000068300 8

和低維結構特性的新一代半導體器件和電路時代。半導體微電子和光電子材料已成為21世紀信息社會高技術產業(yè)的基礎材料。它的發(fā)展將會使通信、高速計算、大容量信息處理、空間防御、電子對抗以及武器裝備的微型化、智能化等這些對于國民經濟和國家安全都至關重要的領域產生巨大的技術進步, 受到了各國政府極大的重視。下面就幾種主要的半導體材料研究進展作一簡單地介紹。2幾種主要半導體材料的發(fā)展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率,降低成本看,增大直拉硅(CZ-Si單晶的直徑仍是今后CZ-Si發(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸(200m m的S i 單晶已實現大規(guī)模工業(yè)生產,基于直徑為12英寸(300m m硅片的集成電路(I C技術正處在由實驗室向工業(yè)生產轉變中。目前已有一個300mm硅片的超達規(guī)模集成電路(U L S I試生產線正在運轉,另外幾個試生產線和一個生產線業(yè)已建成。預計2001年300mm, 0.18μm 工藝的硅ULSI生產線將投入規(guī)模生產,300mm, 0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。直徑18英寸硅片預計2007年可投入生產,直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。日本1999年,國內生產6~12英寸的硅單晶為7000噸(8000億日元。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片也已研制成功。

從進一步提高硅IC的速度和集成度看,研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。目前, 直徑8英寸的硅外延片已研制成功,更大尺寸的外延片也在開發(fā)中。

理論分析指出,30n m左右將是硅M O S集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題,更重要的是將受硅、S i O 2 自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣 材料(如用Si

3N 4 等來替代SiO 2 , 低K介電互連材

料,用C u代替A l引線以及采用系統集成芯片

(system on a chip技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能, 但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此,人們正在尋求發(fā)展新材料、新技術,如,納米材料與納米電子、光電子器件、分子計算機、D N A生物計算機、光子計算機和量子計算機等。其中,以G a A s、I n P 為基的化合物半導體材料,特別是納米半導體結構材料(二維超晶格、量子阱,一維量子線與零維量子點材料以及可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等是最有希望的替補材料之一。

2.1GaAs和InP單晶材料

G a A s和I n P是微電子和光電子的基礎材料,為直接帶隙,具有電子飽和漂移速度高、耐高溫、抗輻照等特點,在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路,特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優(yōu)勢。

目前,世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸(日本1999年的GaAs單晶的生產量為94噸, G a P為27噸,其中以低位錯密度的V G F和H B 方法生長的2~3英寸的導電GaAs襯底材料為主;近年來,為滿足高速移動通信的迫切需求,大直徑(4,6 和8英寸的SI-GaAs發(fā)展很快,4英寸70cm長,6英寸35cm長和8英寸的半絕緣砷化鉀(S I-G a A s也在日本研制成功。美國摩托羅拉公司正在籌建6英寸的SI-GaAs 集成電路生產線。預計1998~2003年,GaAs外延片市場以每年30%的速度增長(SI-GaAs 片材1998年銷售為1.24億美元。InP具有比GaAs 更優(yōu)越的高頻性能,發(fā)

展的速度更快;但不幸的是,研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破,價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是:(1增大晶體直徑,目前3~4英寸的SI-GaAs已用于大生產,預計21世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI-GaAs也將投入工業(yè)應用。(2提高材料的電學和光學微區(qū)均勻性。(3 降低單晶的缺陷密度,特別是位錯。

(4GaAs和InP單晶的VGF生長技術發(fā)展 2.3半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術(M B E,M O C V D的新一代人工構造材料。它

Semiconductor T echnology Vol.27 No.3 March 20029 以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想,即從過去的所謂“雜質工程”發(fā)展到

“能帶工程”,出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇,是新一代固態(tài)量子器件的基礎材料。

2.3.1 III-V族超晶格、量子阱材料

GaAlAs/GaAs,GaInAs/GaAs, AlGaInP/ GaAs;GaInAs/InP,AlInAs/InP, InGaAsP/InP 等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發(fā)展得相當成熟,已成功地用來制造超高速,超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(H E M T, 贗高電子遷移率晶體管(P-HEMT器件最好水平已達f max =600GHz, 輸出功率58m W,功率增益6.4d B;雙異質結晶體管

(H B T的最高頻率f max 也已高達500G H z,H E M T 邏輯大規(guī)模集成電路研制也達很高水平?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器,紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化;表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前,研制高質量的1.5μm 分布反饋(DFB 激光器和電吸收(EA 調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵,在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km 的實驗。另外,用于制造準連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結構端面發(fā)射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件,但由于其有源區(qū)極薄(約0.01μm

端面光電災變損傷,大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。法國湯姆遜公司1999年新研制出三有源區(qū)帶間級聯量子阱激光器,2000年初, 在美國召開的SPIE會議上, 報道了單個激光器準連續(xù)輸出功率超過10W的好結果。我國早在70年代就提出了這種設想,隨后又從理論上證明了多有源區(qū)帶間隧穿級聯、光子耦合激光器與中遠紅外探測器,與通常的量子阱激光器相比,具有更優(yōu)越的性能,并從1993年開始了此類新型紅外探測器和激光器的實驗研究。1999年初,980nm InGaAs新型激光器輸出功率以達5W 以上,包括量子效率、斜率效率等均達當時國際最好水平。最近, 又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究,這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器,在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。

為克服pn結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制,基于能帶設計和對半導體微結構子帶能級的研究,1994年美國貝爾實驗室發(fā)明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器,突破了半導體能隙對波長的限制,成功地獲得

了3.5~17μm波長可調的紅外激光器,為半導體激光器向中紅外波段的發(fā)展以及在遙控化學傳感、自由空間通信、紅外對抗和大氣質量監(jiān)控等應用方面開辟了一個新領域。中科院上海冶金所和半導體所在此領域也進行了有效的研究,中科院上海冶金研究所于1999年研制成功120K 5μm 和250K 8μm的量子級聯激光器;中科院半導體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續(xù)應變補償量子級聯激光器,使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。

目前,III-V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發(fā)展的主流方向,正從直徑3英寸向4英寸過渡,生產型的MBE(如Riber的MBE6000和VG Semicon的V150 MBE 系統, 每爐可生產9×4英寸,4×6英寸或45×2英寸;每爐裝片能力分別為80×6英寸,180×4英寸和64×6英寸,144×4英寸;A p p l i e d E P I M B E的GEN2000 MBE系統, 每爐可生產7×6英寸片, 每爐裝片能力為182片6英寸和MOCVD設備(如AIX 2600G3,5×6英寸 或9×4英寸,每臺年生產能力為3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸;AIX 3000的5×10英寸或25×4英寸或95×2英寸也正在研制中已研制成功,并已投入使用。EPI MBE研制的生產型設備中,已有50kg的砷和10kg的鉀源爐出售,設備每年可工作300天。英國卡迪夫的M O C V D中心、法國的P i c o g i g a M B E基地、美國的Q E D公司、M o t o r o l a公司、日本的富士通、N T T、索尼等都有這種外延材料出售。生產型的M B E 和M O C V D 設備的使用, 趨勢與展望 10 必然促進襯底材料和材料評價設備的發(fā)展。2.3.2硅基應變異質結構材料

硅基光電子器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙,如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。不幸的是,雖經多年研究,但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料(納米Si/SiO ,硅基SiGeC體系 的Si 1-y C y /Si 1-x Ge x 低維結構,Ge/Si量子點和量子點

超晶格材料, Si/SiC 量子點材料, GaN/BP/Si以及GaN/Si材料。最近,在GaN/Si上成功地研制出L E D發(fā)光器件的報道,使人們看到了一線希望。

另一方面, GeSi/Si應變層超晶格材料, 因其在新一代移動通信上的重要應用前景, 而成為目前硅基材料研究的主流。GeSi/Si 2DEG材料77K電子遷移率已達1.7×105c m2/V s。S i/G e S i M O D F E T a n d M O S F E T 的最高截止頻率已達200G H z,H B T最高振蕩頻率為160G H z,噪音在10GHz下為0.9dB,其性能可與G a A s器件相媲美,進一步的發(fā)展還有賴于同Si 和 GaAs的競爭結果!GeSi材料生長方法主要有Si-MBE, CBE和超低壓C V D三種,從發(fā)展趨勢看,U H V/C V D(超低壓C V D方法有較大優(yōu)勢,目前這種淀積系統已經具備工業(yè)生產能力。

盡管GaAs/Si和InP/Si是實現光電子集成最理想的材料體系,但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效是在該材料實用化前必需克服的難題。最近,Motolora等公司宣稱,他們在12英寸的硅襯底上,用鈦酸鍶作緩沖層,成功的生長了器件級的G a A s外延薄膜,取得了突破性的進展。

2.4 一維量子線、零維量子點半導體微結構材料[1,2] 基于量子尺寸效應、量子干涉效應,量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造(通過能帶工程實施的新型半導體材料,是新一代量子器件的基礎。它的應用,極有可能觸發(fā)新的技術革命。這類固態(tài)量子器件以其固有的超高速(10-12~10-13s、超高頻(1000G H z、高集成度(1010電子器件/ c m2、高效低功耗和極低閾值電流(亞微安、極高量子效率、極高增益、極高調制帶寬、極窄線寬和高的特征溫度以及微微焦耳功耗等特點在未來的納米電子學、光子學和新一代VLSI等方面有著極其重要的應用背景,得到世界各國科學家和有遠見高技術企業(yè)家的高度重視。

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上如GaAlAs/GaAs, In(Ga As/GaAs, InGaAs/InAlAs/GaAs, InGaAs/InP,In(GaAs/InAlAs/InP,InGaAsP/InAlAs/InP以及GeSi/Si等,并在量子點激光器,量子線共振隧穿,量子線場效應晶體管和單電子晶體管和存儲器研制方面,特別是量子點激光器研制取得了重大進展。應變自組裝量子點材料與量子點激光器的研制已成為近年來國際研究熱點。1994年俄德聯合小組首先研制成功I n A s/G a A s量子點材料, 1996年量子點激光器室溫連續(xù)輸出功率達1W,閾值電流密度為290A/cm2,1998年達1.5W,1999年InAlAs/InAs量子點激光器283K溫度下最大連續(xù)輸出功率(雙面高達3.5W。中科院半導體所在繼1996年研制成功量子點材料,1997年研制成功的量子點激光器后,1998年初,三層垂直耦合InAs/ G a A s量子點有源區(qū)的量子點激光器室溫連續(xù)輸出功率超過1W,閾值電流密度僅為218A/c m2, 0.61W工作3000小時后,功率僅下降0.83dB。其綜合指標,特別是器件壽命這一關鍵參數,處于國際領先水平。2000年初,該實驗室又研制成功室溫雙面CW輸出3.62W工作波長為960nm左右的量子點激光器,為目前國際報道的最好結果之一。

在單電子晶體管和單電子存儲器及其電路的研制方面也獲得了重大進展,1994年日本NTT 就研制成功溝道長度為30n m 納米單電子晶體管,并在150K觀察到柵控源-漏電流振蕩,1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件,1998年Yauo等人采用0.25μm工藝技術實現了128Mb的單電子存儲器原型樣機的制造,這是在單電子器件在高密度存儲電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前,基于量子點的自適應網絡計算機業(yè)已取得進展。其他方面的研究正在深入地進行中。

低維半導體結構制備的方法雖然很多,但從總體來看,不外乎自上而下和自下而上兩種。細分起來主要有:微結構材料生長和精細加工工藝

趨勢與展望

Semiconductor T echnology Vol.27 No.3 March 200211 相結合的方法, 應變自組裝量子線、量子點材料

生長技術,圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術, 單原子操縱和加工技術, 納米結構的輻照制備技術,及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和應變自組裝生長技術,以求獲得無邊墻損傷的量子線和大小、形狀均勻、密度可控的量子點材料。

2.5寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石、III族氮化物、碳化硅、立方氮化硼以及I I-V I族硫、錫碲化物、氧化物(Z n O等及固溶體等,特別是SiC、GaN 和金剛石薄膜等材料,因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點,成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料,在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外,III族氮化物也是很好的光電子材料,在藍、綠光發(fā)光二極管(LED和紫、藍、綠光激光器(LD以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景[3]。隨著1993年GaN材料的p型摻雜突破,GaN基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。1994年日本日亞公司

研制成功G a N基藍光L E D,1996年實現室溫脈沖電注入InGaN量子阱紫光LD,次年采用橫向外延生長技術降低了GaN基外延材料中的位錯,使藍光LD室溫連續(xù)工作壽命達到10000小時以上。目前,大約有10個小組已研制成功GaN基 LD, 其中有幾個小組的LD已獲得CW 工作,波長在400~450nm 之間,最大輸出功率為0.5W。在微電子器件研制方面,G a N基F E T 的最高工作頻率f m a x 已達 140G H z,f T

= 67 G H z,跨導為260m S/m m;H E M T器件也相繼問世,發(fā)展很快。1999年G a N 基LED銷售已達30億美元!此外,256×256 GaN 基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是,日本Sumitomo 電子工業(yè)有限公司2000年宣稱,他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN 單晶材料,并預計2001年將有商品出售。這一突破性的進展,將有力地推動藍光激光

器和G a N基電子器件的發(fā)展。另外,近年來具有

反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN,InGaAsN,GaNP 和GaNAsP材料的研制也受到了重視,這是因為它們在長波長光通信和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制業(yè)已取得突破性進展, 2英寸的4H和6H-SiC單晶與外延片,以及3 英寸的4H-SiC單晶已有商品出售;以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業(yè)已上市,參與以藍寶石為襯低的G a N基發(fā)光器件的競爭,其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高,且價格昂貴。

II-VI族藍綠光材料研制在徘徊了近30年后,于1990年美國3M公司成功地解決了II-VI族的p 型摻雜難點而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用M B E技術率先宣布了電注入(Z n,C dS e/ ZnSe藍光激光器在77K(495nm脈沖輸出功率100mW的消息,開始了II-VI族藍綠光半導體激光(材料器件研制的高潮。緊接著布朗大學和普渡大學的Jeon等人在n和p型GaAs襯底或GaAs緩沖層上制備了以(Zn,CdSe/ZnSe多量子阱為有源區(qū),Z n(S,S e/Z n S e為異質結限制層的藍光激光器(470n m,250K脈沖工作,閾值電流密度J th =850A/c m2,輸出功率為600m W;1992年3M公司又研制成功了以Z n S e為有源區(qū), J th =320A/cm2,在室溫下脈沖輸出100mW的藍光半導體激光器,但壽命都很短。與GaAs晶格匹配的ZnMgSSe四元材料體系的研制成功可使(ZnCdSe的帶隙調至約4.5e V,這使II-VI激光器的波長可覆蓋藍光和綠光范圍,同時也在一定程度上克服了高失配位錯導致的LD 壽命短難題。采用以CdZnSe為阱,ZnMgSe為波導層,四元Z n M g S S e為蓋層的Z n S e基LD結構,使其LD壽命穩(wěn)步增長。據最近報導,ZnSe基II-VI族藍綠光LD的壽命已達1000小時以上,但同G a N基藍-綠光L D相比,相差仍很大。目前, ZnSe基II-VI族材料研究重點是弄清退化機理(已提出的退化模型有層錯和點缺陷相關模型等,最近的研究表明,點缺陷相關退化模型(電子和

(下轉第14頁 趨勢與展望 12

趨 勢 與 展 望 交流有關半導體制造設備、材料研究開發(fā)以 及 標 準 的 最 新 商 務 和 技 術 發(fā) 展 動 向，內容豐富、新穎，如全球設備市場狀況和預測、低 Ｋ 介質沉 積和腐蝕工藝的集成模塊，先進的柵技術，用低 Ｋ 介質的 １ ３ ０ ｎ ｍ Ｃ Ｍ Ｐ 工藝的監(jiān)測，銅引線工藝集 成模塊，工藝材料現狀與預測，從 １ ３ ０ ｎ ｍ 跨入 １ ０ ０ ｎ ｍ，用于芯片倒扣焊的下填料技術的發(fā)展，硅晶片標準的最新進展，小于 ０．１８μｍ 技術用低密 度等離子體工藝等等。被邀請來的將包括 Ｔ ｏ ｋ ｙ ｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｔｄ．，上海先進（ＡＳＭＣ），上海宏力半 導體制造（Ｇ ｒ ａ ｃ ｅ）ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ，Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ，Ａ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＡＳＭ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＥＳＥＣ，ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ，Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｅｒａｄｙｎｅ等來自世界領先半導體制造（上接第 １ ２ 頁）技術公司的行政官員和技術骨干應邀演講。根據 ＳＥＭＩ 中國活動協調小組的任務宗旨，多 年來在國內有關企業(yè)的積極配合下，與 ＳＥＭＩ 的合 作 不 斷 加 強，經 雙 方 共 同 努 力，使 Ｓ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ｏ Ｎ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ 已成為國內外半導體行業(yè)界和企業(yè)間互相 學習，共同促進，協同發(fā)展的交流平臺，為中國 半導體產業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用。２ ０ ０ ２’Ｓ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ｏ Ｎ

Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｈ Ａ Ｉ 又將是半導體 行 業(yè) 界 互 相 交 流，企 業(yè) 相 聚 的 盛 會，《半導體技 術》預 祝 大 會 圓 滿 成 功。本文根據 ＳＥＭＩ中國活動協調小組秘書處提供 材料整理 空穴通過點缺陷的非輻射復合的聲子發(fā)射增強缺陷 反應）是導致 Ｚ ｎ Ｓ ｅ 基材料體系壽命短的主要機 制。為此，提出了用 Ｂ ｅ 同 Ｖ Ｉ 族元素的化合物所 具有的強鍵能來硬化晶格的措施，雖有進展，但 尚未取得突破?？偟膩砜?，提高有源區(qū)材料的完 整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷 密度是該材料體系走向實用化前必需要解決的問 題，當然，進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸 等問題也是很重要的。寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大 失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是 指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理 參數有較大差異的材料體系，如 Ｇ ａ Ｎ ／ 藍寶石，ＳｉＣ／Ｓｉ 和 ＧａＮ／Ｓｉ 等。大晶格失配引發(fā)界面處大量 位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的 光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負 面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的 關鍵問題。９

０ 年代以來，國際上提出了多種解決 方法，雖有進展，但未能取得重大突破。我們基 于缺陷工程、晶面特征與表面再構、晶體結構對 稱性和生長動力學等方面的考慮，提出了柔性襯底的 概念，并在 ＺｎＯ／Ｓｉ、γ－Ａｌ ２ Ｏ ３ ／Ｓｉ、ＳｉＣ／Ｓｉ 和 ＧａＮ／ Ｓｉ 等異質結構材料準備方面取得了進展。這個問 題的解決，必 將 極 大 地 拓 寬 材 料 的 可 選 擇 余 地，開辟新的應用領域。目前，除 ＳｉＣ 單晶襯低材料，ＧａＮ 基藍光 ＬＥＤ 材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體 材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料 發(fā)展的關鍵問題，如 ＧａＮ、ＺｎＯ 等體單晶材料、寬 帶隙 ｐ 型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生 長與 ｎ 型摻雜，ＩＩ－ＶＩ 族材料的退化機理等仍是制 約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了 大量的研究，至今仍未取得重大突破。（待續(xù)）英特爾安騰 ｄ 處理器列入新加坡生物醫(yī)學網的重要候選平臺 英特爾公司今天與新加坡生物信息學研究所 簽 署 合 作 備 忘 錄，成 為 新 加 坡 政 府 生 物 醫(yī) 學 項 目 的 技 術 合 作 伙 伴。新 加 坡 生 物 信 息 學 研 究 所 是新加坡的科學、技術和研究機（Ａ ＊ Ｓ Ｔ Ａ Ｒ）投 資 的 一 家 研 究 所。作 為 協 議 的 一 部 分，英特 爾將向新加坡生物信息學研究所提供一系列服 14 半導體技術第 ２７ 卷第 ３ 期 務，包 括 優(yōu) 先 獲 得 關 鍵 英 特 爾 技 術、對 主 要 研 究人員的專業(yè)高級培訓、以及提供現場顧問咨 詢，幫 助 新 加 坡 政 府 加 快 推 進 多 項 生 物 技 術 計 劃。新加坡生物信息學研究所將評估英特爾 ｄ 安 騰 ｄ 處理器家族，并將其列入新加坡生物醫(yī)學網 的候選平臺。二 Ｏ Ｏ 二年

三月

第二篇：半導體照明相關研究參考論文

半導體照明這一新興領域的出現，使同時專長于電力電子學、光學和熱管理學（機械工程）這三個領域的工程師成為搶手人才。

目前，在三個領域都富有經驗的工程師并不很多，而這通常意味著系統工程師或者整體產品工程師的背景要和這三大領域相關，同時他們還需盡可能與其他領域的工程師協作。系統工程師常常會把自己在原有領域養(yǎng)成的習慣或積累的經驗帶入設計工作中，這和一個主要研究數字系統的電子工程師轉去解決電源管理問題時所遇到的情況相似：他們可能依靠單純的仿真，不在試驗臺上對電源做測試就直接在電路板上布線，因為他們沒有認識到：開關穩(wěn)壓器需要仔細檢查電路板布局；另外，如果沒有經過試驗臺測試，實際的工作情況很難與仿真一致。在設計LED燈具的過程中，當系統架構工程師是位電子電力專家，或者電源設計被承包給一家工程公司時，一些標準電源設計中常見的習慣就會出現在LED驅動器設計中。

一些習慣是很有用的，因為LED驅動器在很多方面與傳統的恒壓源非常相似。這兩類電路都工作在較寬的輸入電壓范圍和較大的輸出功率下，另外，這兩類電路都面對連接到交流電源、直流穩(wěn)壓電源軌還是電池上等不同連接方式所帶來的挑戰(zhàn)。電力電子工程師習慣于總想確保輸出電壓或電流的高精確度，但這對LED驅動器設計而言并不是很好的習慣。諸如FPGA和DSP之類的數字負載需要更低的核心電壓，而這又要求更嚴格的控制，以防止出現較高的誤碼率。因此，數字電源軌的公差通常會控制在±1%以內或比它們的標稱值小，也可用其絕對數值表示，如0.99V至1.01V。在將傳統電源的設計習慣引入LED驅動器設計領域時，通常帶來的問題是：為了實現對輸出電流公差的嚴格控制，將浪費更多的電力并使用更昂貴的器件，或者二者兼而有之。成本壓力 理想的電源是成本不高，效率能達到100%，并且不占用空間。電力電子工程師習慣了從客戶那里聽取意見，他們也會盡最大力量去滿足那些要求，力圖在最小的空間和預算范圍內進行系統設計。在進行LED驅動器設計時也不例外，事實上它面對更大的預算壓力，因為傳統的照明技術已經完全實現了商品化，其價格已經非常低廉。所以，花好預算下的每一分錢都非常重要，這也是一些電力電子設計師工程師被***慣“引入歧途”的地方。要將LED電流的精確度控制到與數字負載的供電電壓的精度相同，則會既浪費電，又浪費成本。100mA到1A是當前大多數產品的電流范圍，特別是目前350mA（或者更確切地說，光電半導體結的電流密度為350mA/mm2）是熱管理和照明效率間常采納的折衷方案。控制LED驅動器的集成電路是硅基的，所以在1.25V的范圍內有一個典型的帶隙。要在1.25V處達到1%的容差，亦即需要±12.5mV的電壓范圍。這并不難實現，能達到這種容差或更好容差范圍的低價電壓參考電路或電源控制IC種類繁多，價格低廉。當控制輸出電壓時，可在極低功率下使用高精度電阻來反饋輸出電壓（如圖1a所示）。為控制輸出電流，需要對反饋方式做出一些調整，如圖1b所示。這是目前控制輸出電流的唯一且最簡單的手段。圖1a：電壓反饋；圖1b：電流反饋深入研究之后，就會發(fā)現這種做法的一個主要缺點是：負載和反饋電路二者是完全相同的。參考電壓被加在與LED串聯的一個電阻上，這意味著參考電壓或LED電流越高，電阻消耗的功率越大。

第三篇：稀磁半導體的研究

稀磁半導體的研究

摘要：稀磁半導體因兼具有磁性材料的信息存儲功能和半導體材料的信息處理功能，使其成為微電子學研究的熱點。本文將就稀磁半導體的性質和應用，以及研究現狀和發(fā)展趨勢等做一簡單介紹。

關鍵詞：稀磁半導體 自旋電子學 半導體物理學

1.引言

信息的海量存儲和高速互聯，把人們帶入了信息時代。目前支撐信息技術存在和發(fā)展的兩大決定性因素分別是信息的存儲和信息的處理。信息的存儲是利用了磁性材料中電子的自旋屬性，而信息的處理則依靠半導體芯片中電子的電荷屬性得以實現。而隨著近年來制作工藝水平的迅速提高，這種電荷和自旋彼此孤立的微電子學器件也即將達到物理極限[1]。因此一直以來，研究人員有個自然的想法：能否構造將磁、電集于一體的半導體器件。同時利用自旋和電荷自由度最為成功的的電子器件是由多層鐵磁金屬膜制備的磁盤讀寫頭,而幾乎所有的半導體

[2]器件都是利用載流子的電荷來完成其功能的。這是因為通常半導體材料如硅、砷化鎵等都是非磁性材料。長期以來，人們試圖將少量的磁性原子摻入非磁性半導體材料中,期待得到磁性半導體材料,制備出集磁、光、電于一體的,低功耗的新型半導體電子器件。

2.稀磁半導體簡介

稀磁半導體（DMS）又稱半磁半導體，是指在非磁性半導體材料基體中通過摻入少量磁性過渡族金屬元素或稀土金屬元素使其獲得鐵磁性能的一類新型功能材料[3]。因稀磁半導體既利用了電子的自旋屬性和電荷屬性，所以稀磁半導體制作的器件既具有磁性材料器件的信息存儲功能，又具有半導體器件的信息處理功能。常用的制備方法有離子注入法（Ion implantation）、分子束外延法（MBE）、金屬有機物化學氣相沉積法（MOCVD）等多種工藝[4]。

3.稀磁半導體的性質

稀磁半導體呈現出強烈的自旋相關的光學性質和輸運性質，如巨塞曼效應、巨法拉第旋轉、自旋共振隧穿和自旋霍爾效應等．這些效應為人們研究制備半導體自旋電子學器件提供了物理基礎[5]。

3.1.巨塞曼效應和巨法拉第旋轉

巨塞曼效應是指由載流子和磁性離子之間的sp-d交換相互作用引起的電子和空穴的巨大的自旋劈裂效應[6]。采用圓偏振抽運光照射半導體材料，當一束線偏振的探測光透過材料后其偏振面會發(fā)生偏轉，透射光偏振面的偏轉角稱為法拉第角(反射光稱為克爾角)．當材料是稀磁半導體時，偏轉角要比非磁性半導體材料大1～2數量級．該現象被稱為巨法拉第旋轉．可以從法拉第角隨時間變化的規(guī)律來研究載流子和磁離子自旋的弛豫和輸運，以及如何用外電場、外磁場和光場來操縱自旋。

3.2.自旋共振隧穿和自旋霍爾效應 近年來稀磁半導體材料在磁場下的輸運性質有大量的研究，主要研究的是稀磁半導體結的隧穿和霍爾效應。隧穿輸運方面主要是研究通過磁性半導體結的自旋注入．自旋注入是實現半導體材料自旋電子器件的首要問題。室溫下半導體材料中的自旋注入，目前實驗上有兩種實現途徑：一類是通過鐵磁金屬和半導體界面注入；另一類是通過稀磁半導體結隧穿注入．在輸運性質方面，人們還在鐵磁半導體中發(fā)現了反?；魻栃?或自旋霍爾效應)和各向異性磁電阻[7]。反?；魻栃o我們提供了關于磁性半導體薄膜載流子自旋極化和散射機制的信息．通常稀磁半導體材料的磁化強度相當小，由于反常霍爾效應靈敏度較高，因此可間接反映磁化強度的大小，甚至確定居里溫度。

4.稀磁半導體的研究進展

關于磁性半導體的研究可以追溯到上個世紀60年代，即關于濃縮磁性半導體的研究。所謂濃縮磁性半導體即在每個晶胞相應的晶格位置上都含有磁性元素原子的磁性半導體。例如Eu 或Cr 的硫族化合物:巖鹽結構(NaCl—type)的EuS 和EuO 以及尖晶石結構(Spinel s)的CdCr2 S4 和CdCr2 Se4等 ,這些濃縮磁性半導體也被稱為第一代磁性半導體[8]。但由于這類濃縮磁性半導體的居里溫度太低，且高質量的濃縮磁性半導體薄膜及其異質結構的生長制備和加工方面存在著難以克服的困難，因此,迄今為止這些巖鹽結構和尖晶石結構的磁性半導體主要用于基礎研究和概念型器件的研究。

進入上個世紀80 年代,人們開始關注稀磁半導體，即少量磁性元素與II—VI族非磁性半導體形成的合金，如(Cd ,Mn)Te 和(Zn ,Mn)Se 等[9]。這些II—VI 族稀磁半導體被稱為第二代磁性半導體。這類稀磁半導體雖然相對容易制備，但替代二價陽離子的二價Mn 離子是穩(wěn)定的,產生的載流子不僅很少,而且也很難控制,所以這種稀磁半導體經常是絕緣體。這嚴重地限制了其實際應用。盡管如此,人們對II—VI族稀磁半導體的研究和探索一直沒有放棄,近年來,又不斷地取得了一些新的進展。

上世紀80年代末和90年代中期,利用低溫分子束外延技術(L T—MBE)生長的Mn 摻雜III—V 族稀磁半導體(In ,Mn)As 和(Ga ,Mn)As 等引起了人們的高度關注,并稱以(Ga ,Mn)As 為代表的III—V 族稀磁半導體為第三代磁性半導體。這些III—V 族稀磁半導體很容易與III—V 族非磁性半導體GaAs、AlAs、(Ga ,Al)As 和(In , Ga)As 等結合形成異質結構,并且與呈現巨磁阻(GMR)效應的金屬多層膜類似,其異質結構中也存在著自旋相關的散射、層間相互作用耦合、隧穿磁阻等現象。目前這類稀磁半導體的居里溫度還不能滿足實際工作要求。因此,提高稀磁半導體的居里溫度、探索新的磁性半導體材料已經成為目前半導體自旋電子學研究的一個熱點[10]。

5.稀磁半導體的應用

稀磁半導體因具有一系列良好的屬性，因此近年來得到了較大的關注。隨著研究的一步步深入，稀磁半導體也逐漸能夠應用到光電子學或微電子學的器件制備中：（1）利用稀磁半導體的巨法拉第旋轉效應可制備非倒易光學器件,也可用于制備光調諧器、光開關和傳感器件；（2）利用磁性和半導體性實現自旋的注入與輸運,可造出新型的自旋電子器件,如自旋過濾器和自旋電子基發(fā)光二極管等;（3）通過改變磁性離子的濃度可得到所需要的帶隙,從而獲得相應的光譜效應。由于其響應波長可覆蓋從紫外線到遠紅外線的寬范圍波段,這種DMS 是制備光電器件、光探測器和磁光器件的理想材料；（4）稀磁半導體的磁光效應為光電子技術開辟了新的途徑。利用其磁性離子和截流子自旋交換作用(sp-d 作用)所引起的巨g 因子效應,可制備一系列具有特殊性質的稀磁半導體超晶格和量子阱器件。除了以上這些具體的應用之外，利用與自旋相關的輸運、磁阻效應和磁光效應等，還可制造出一些新材料和人造納米結構,包括異質結構(HS)、量子阱(QW)和顆粒結構。總之，隨著研究的深入和制備技術的進步，稀磁半導體在半導體微電子學，光電子學，固體物理學等方面的應用將非常普遍[11]。

6.結語

稀磁半導體材料具有極高的應用價值,其研究已愈來愈受到人們的重視，各國已開展了大量的實驗工作,研究重點已由先前的純理論研究慢慢轉向將基礎研究與應用研究相結合。隨著MBE 等技術的發(fā)展,制備高質量的稀磁半導體量子阱和超晶格成為可能,使DMS材料在光電子器件上的應用將具有更廣闊的前景，并將對信息和自動化工業(yè)的發(fā)展產生重要的推動作用[12]。

參考文獻

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第四篇：化合物半導體行業(yè)研究 2016-12

化合物半導體行業(yè)研究

2016-12

射頻性能優(yōu)異的化合物半導體

化合物半導體射頻性能優(yōu)異。硅單晶材料是制作普通集成電路芯片的主要原料，但受限于材料特性，很難適用于高頻/高壓/大電流芯片應用?；衔锇雽w材料因其優(yōu)良的器件特性廣泛適用于射頻器件。常見的化合物半導體包括三五族化合物半導體和四族化合物半導體。其中，砷化鎵（GaAs）和氮化鎵（GaN）作為其中應用領域最廣、產業(yè)化程度最高的三五族化合物材料，具有優(yōu)良的射頻性能，天然具備禁帶寬度寬、截止頻率高、功率密度大等特點，作為射頻功率器件的基礎材料分別主宰主流民用和軍用/高性能射頻集成電路市場。

工藝獨特，產業(yè)鏈自成體系

化合物半導體工藝獨特，需要專門的制造產線。普通硅工藝集成電路和砷化鎵/氮化鎵等化合物集成電路芯片生產流程大致類似：先將襯底材料純化、拉晶、切片后在某種襯底上形成外延層，由代工廠按照設計公司的設計進行一系列工藝步驟進行電路制造，制成的芯片交由相關廠商進行封裝與測試，最終完成芯片制造。然而由于材料特性、外延方式和制作環(huán)境要求和普通硅CMOS工藝截然不同，化合物集成電路需要使用專門的生產工藝流程與產線設備，進而催生出專門針對化合物半導體集成電路生產的工廠（Fab）。

化合物半導體射頻器件產業(yè)存在整合元件制造商（IDM）和（無晶圓設計公司+晶圓代工廠）兩種商業(yè)模式。傳統的國際設計廠商都采用IDM形式，各自配備私有產線，從設計到晶圓生產成品都自己完成。該模式的優(yōu)點為有利于技術保密、產線工藝參數控制及設計精確度提升，缺點是重固定資產配置的產線容易閑置浪費，且規(guī)模擴張受限。新興化合物集成電路設計公司往往采用無晶圓設計（Fabless Design House）模式，即設計公司本身不配備芯片制造產線，而將晶圓代工和封裝測試都交由下游專業(yè)代工廠（Fab）配合進行。

射頻核芯：GaAs占據主流，GaN利潤戰(zhàn)略雙高地 PA：獨立于主芯片的射頻器件

射頻功率放大器（Power Amplifier, 簡稱PA）是化合物半導體應用的主要器件，也是無線通信設備射頻前端最核心的組成部分。射頻前端（RF Front End）是用以實現射頻信號發(fā)射與接收功能的芯片組，與基帶芯片協同工作，共同實現無線通訊功能。射頻前端包括功率放大器（Power Amplifier）、開關（Switch）、濾波器（Filter）、雙工器（Duplexer）、低噪聲放大器（Low Noise Amplifier）等功能構件，其中核心器件是決定發(fā)射信號能力的射頻功率放大器芯片。PA芯片的性能直接決定了手機等無線終端的通訊距離、信號質量和待機時間，是整個通訊系統芯片組中除基帶主芯片之外最重要的組成部分。

射頻前端功能組件圍繞PA芯片設計、集成和演化，形成獨立于主芯片的前端芯片組。隨著無線通訊協議的復雜化及射頻前端芯片設計的不斷演進，PA設計廠商往往將開關或雙工器等功能與功率放大電路集成在一個芯片封裝中，視系統需求形成多種功能組合。目前PA芯片除實現發(fā)射信號功率放大功能外，往往會集成開關器或雙工器，進而演化出TxM（PA+Switch）、PAiD（PA+ Duplexer）、PAM（多PA模組）等多種復合功能的PA芯片類型。

砷化鎵占據PA主流，氮化鎵戰(zhàn)略利潤雙高地

化合物PA芯片是射頻前端市場的主流產品。PA主要有化合物工藝的砷化鎵/氮化鎵PA和硅工藝的CMOS PA。砷化鎵 PA芯片相對于硅工藝CMOS芯片具備高頻高效率等特點，目前廣泛應用于手機/WiFi等消費品電子領域，其射頻性能雖略遜于氮化鎵射頻器件，但成本和良率方面存在相對優(yōu)勢，完全可以滿足民用需求；GaN PA具有最高的功率、增益和效率，但成本相對較高、工藝成熟度低于砷化鎵芯片，目前主要用于遠距離信號傳送或高功率級別（例如雷達、基站收發(fā)臺、衛(wèi)星通信、電子戰(zhàn)等）射頻細分市場和軍用電子領域。CMOS PA采用普通硅基集成電路工藝制造，由于與主流半導體（硅）制造工藝兼容，易于集成射頻控制邏輯單元，近年來在2G手機和低端Wifi等消費電子領域出現爆發(fā)性增長，但始終受限于材料性能，只能應用于對線性度、頻率和效率等方面要求較低的低端應用，無法滿足復雜通訊系統的性能要求。隨著無線網絡頻率范圍不斷向高頻擴展及無線通訊系統頻帶分布的復雜化，化合物半導體射頻芯片的優(yōu)勢地位未來仍將維持。

砷化鎵PA占據市場主流，CMOS PA低端市場占比擴大。因性能遠超硅基CMOS PA器件，產品良率和制造成本優(yōu)于氮化鎵PA器件，砷化鎵PA目前在消費電子市場占據統治地位。根據IBS數據，2015年，全球PA市場規(guī)模為84.5億美元，其中CMOS PA產值3.77億美元，市場占比僅4.67%；化合物PA產值80.76億美元，占比高達95.33%，其中絕大多數為應用于消費品電子射頻前端的砷化鎵PA。

氮化鎵PA占據利潤高地，且戰(zhàn)略位置顯著。Cree公司相關年報顯示，其氮化鎵相關的射頻與功率器件部門2013/2014/2015年產值分別為0.89億/1.08億/1.24億美元，毛利率分別為54%/56.5%/54.7%，受益于高端應用，維持較高毛利水平。氮化鎵射頻器件經過近十年的科技攻關已在2010年實現高可靠量產，產品性能在寬帶、效率、高頻等三個方面全面超越GaAs器件，主要用于軍事雷達、電子戰(zhàn)、民用基站等高端高性能應用場景，戰(zhàn)略位置顯著。此外，長期困擾GaN功率器件實用化技術推廣的瓶頸如可靠性和穩(wěn)定性問題隨著材料、工藝和器件結構等水平的提高已大幅提升。以HRL公司生產的E-W波段GaN器件為例，其輸出功率是其他材料器件的5倍，且性能仍有廣闊的提升空間。處于軍事目的考慮，國外高性能的氮化鎵射頻PA均實行對華禁運。因此完善和發(fā)展自主氮化鎵射頻半導體產業(yè)，對增強國防安全和促進高性能射頻器件研制具有重要的意義。

通訊升級驅動市場穩(wěn)健增長

核心驅動力：3G/4G/5G終端市場持續(xù)穩(wěn)定增長

預計全球2018年移動終端出貨總量為26.5億部。據IDC數據，手持終端市場從2000年至2015年保持12%的復合增長率，2015年全球手持終端出貨量為21.8億部。據電子行業(yè)研究機構Navian 2015年統計，預計2018年全球手持終端出貨量26.5億部。手持終端出總量保持平穩(wěn)增長將拉動對砷化鎵PA芯片的需求，從而推動化合物半導體產業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

4G終端市場占比擴大，載波聚合（CA）技術維持砷化鎵PA優(yōu)勢地位。2012年2G/3G/4G移動通訊手持終端出貨量占比分別約為44.7%、48.5%、6.8%；2014年分別為17.1%、51.7%、31.2%；2018年預計為6.2%、19.1%和74.7%。4G手持終端出貨量和市場占比逐年增加，由2011年2100萬臺迅速增長至2015年的9.67億臺，預計2018年可達19.8億臺，2001年至2018年復合增速高達91.45%。LTE-A標準使用的載波聚合技術對PA線性度和能效的高標準要求將進一步強化砷化鎵射頻PA芯片在該領域的絕對市場份額。

多模多頻終端單機所需的PA芯片增至5-7顆，Strategy Analytics 預測5G單機需16顆PA。手持終端單機所需PA個數取決于通訊標準的調制方式和頻帶數目，考慮到無線通訊設備對通訊制式的向下兼容，對單機射頻前端數目更多且性能要求更高。一方面，3G/4G所需頻帶數目較2G系統大幅增加，尤其是4G頻段眾多，而單個終端內PA數目與需要支持的頻段數目正向相關，不相鄰頻段間難以實現PA復用；另一方面，3G/4G的通訊信號調制方式與2G不同，對PA的特性要求不同（3G/4G要求使用線性PA），基于性能考慮很難通用。加之各國各運營商頻段和制式（FDD/TDD）分配情況復雜，單個手持終端為滿足用戶多模多頻的實際應用需求，需要集成的PA個數和實現復雜度都隨之提升，進而導致單機PA成本提升。統計結果顯示，2G時代手機單機PA芯片成本僅0.3美元/部，3G手機則提升至約1.25美元/部，而4G時代則增至2美元～3.25美元/部，高端手機成本甚至更高，僅iPhone6射頻部分就使用了6顆PA芯片。據Strategy Analytics，5G手機天線可能與信號收發(fā)器集成，需多顆PA組成發(fā)射通道，未來單機所需PA或達16顆。

移動通訊升級成為化合物射頻半導體持續(xù)增長的主要動力。移動終端射頻前端作為化合物集成電路的主要應用市場，其增長速度大于終端產品出貨量增速，主要受益于3G/4G單機PA復雜度的上升和成本的增加。根據終端出貨情況和對應射頻前端成本，我們測算2014年全球手持終端市場PA芯片（部分含Switch）總產值約40.38億美元，預計2018年，總產值將增長至86.57億美元。

未來5G技術的發(fā)展將進一步拓展化合物PA芯片的市場空間。5G標準預計采用的高載頻（6G～80GHz），高數據吞吐率和寬頻多天線系統，對PA性能指標和數目也提出更高的要求。Qorvo預測，8GHz以下砷化鎵仍是主流，8GHz以上氮化鎵替代趨勢明顯。砷化鎵作為一種寬禁帶半導體，可承受更高工作電壓，意味著其功率密度及可工作溫度更高，因而具有高功率密度、能耗低、適合高頻率、支持寬帶寬等特點，5G時代將被廣泛應用于基站等基礎設施，而氮化鎵有望在更廣闊的移動終端市場成為主力。目前CMOS工藝射頻器件尚不能滿足3G/4G通訊性能的需求?？梢灶A計在未來載波頻率更高、頻段更多、頻寬更寬的5G時代，氮化鎵化合物PA芯片仍將占據主流，將進一步強化和拓展化合物半導體產業(yè)的市場空間。同時，PA應用數量將大幅提升，Strategy Analytics稱5G時代單機所需PA或達16顆。

輔助驅動 ：物聯網高性能互連需求和軍工

無線網關領域對高數據率遠距離傳輸的性能需求，將加速推動WiFi領域對化合物射頻功放芯片的需求。目前無線局域網網關WiFi領域采用的802.11b/g/n標準對射頻性能要求不高，功率發(fā)射單元多被集成到WIFI基帶芯片中，只有中高端方案采用單獨PA芯片供WIFI使用。從2016年開始，在無線局域網網關和物聯網WiFi領域，支持雙頻（2GHz&5GHz），MIMO（多進多出天線）和高發(fā)射功率性能需求的802.11ac標準的設備市占率將大幅增加。根據InfoneticsResearch預測結果，2018年802.11ac標準WiFi市場占比將超過80%。預計在手機WiFi模塊應用上也將出現同樣的趨勢。支持802.11ac協議的旗艦手機目前已逐步增加，業(yè)界標桿企業(yè)蘋果在iphone6/6plus中已配置支持該協議的WiFi模組。物聯網對數據傳輸速率和多頻運行環(huán)境支持將進一步拉動性能優(yōu)勢明顯的GaAsPA增量快速發(fā)展。

軍工領域對于高端通訊產品的需求也將促進化合物半導體射頻芯片市場更快增長。未來雷達和電子戰(zhàn)系統需要大功率的無線信號發(fā)射系統，器件的可靠性要求也更為嚴苛，其功放芯片通常采用GaN或GaAs制造。根據Strategy Analytics的預測，2018年軍用GaAs器件市場規(guī)模將達到5億美元，年復合增長率達13%，其中最大的應用領域為雷達，約占60%。軍用領域的增長驅動以及軍用產品國產化的迫切需求將給化合物半導體帶來更大的市場空間。

化合物射頻集成電路：百億美金市場空間

砷化鎵占據射頻PA市場絕對市場份額，2020年可達百億美元規(guī)模。2014年，全球PA市場規(guī)模為73.9億美元，由于砷化鎵PA由于相對Si基CMOS PA性能優(yōu)勢明顯，砷化鎵 PA產值占據絕對市場份額，合計71.49億美元，市場占比高達94%。同時，受益于移動終端升級、物聯網產業(yè)的持續(xù)發(fā)展，PA市場總量預計2020年將增至114.16億美元，2014至2020年復合增長率為7.51%。

氮化鎵射頻器件市場預計2020年可達6.2億美元。Yole Development數據顯示，2010年全球氮化鎵射頻器件市場總體規(guī)模僅為6300萬美元，2015年2.98億美元，2020年預計約6.2億美元。2015年至2022年復合增長率為13%?？傮w市場規(guī)模相對于砷化鎵射頻芯片小很多，但考慮到氮化鎵PA器件在軍事安全領域和高性能民用基站、高頻功率轉換器件等領域的諸多應用，其戰(zhàn)略位置和發(fā)展前景不言而喻。

寡頭格局，代工崛起 IDM主導寡頭競爭格局

全球化合物射頻芯片設計業(yè)呈現IDM三寡頭格局。由于GaAs/GaN化合物集成電路工藝的獨特性及射頻電路設計高技術壁壘，化合物半導體市場總體呈現寡頭競爭格局，且以IDM公司為主。2014年PA市場傳統砷化鎵IDM廠商Skyworks、Qorvo、Avago三寡頭市場份額分別為37%、25%、24%。設計第四大廠Murata于 2012年3月收購Renesas旗下相關事業(yè)部，進軍砷化鎵PA市場，完成對射頻行業(yè)全備產品線布局，2014年占據市場份額9%。以RDA為代表的國內Fabless設計廠商因目前主要產品集中于單顆售價低于0.3美元的2G PA領域，2014年合計市場份額小于5%。

優(yōu)秀設計公司涌現，產業(yè)持續(xù)整合

產業(yè)鏈呈現多模式整合態(tài)勢。一方面，隨著行業(yè)發(fā)展和技術演進，傳統的砷化鎵/氮化鎵化合物射頻IDM廠商為保持自身技術優(yōu)勢，選擇強強聯手或持續(xù)整合新興的Fabless設計公司；另一方面，高通、聯發(fā)科等基帶芯片平臺為增強平臺自身的競爭力，選擇參股或并購相應的射頻化合物集成電路設計廠商。近年來PA行業(yè)并購不斷：國際方面，RFMD收購TriQuint，PA龍頭強強聯手；Skyworks收購AXIOM和SiGe、RFMD收購Amalfi、Avago收購Javelin，傳統GaAs PA大廠推進GaAs、CMOS、SiGe等工藝多元化戰(zhàn)略；聯發(fā)科收購絡達科技（Airoha）31.55%股權、Qualcomm并購Black Sand，基帶廠商涉足PA領域提平臺案競爭力。國內方面，2014年7月紫光集團完成對銳迪科收購；2015年5月北京建廣資產管理（JAC Capital）收購NXP功率放大器（RF Power）事業(yè)部門，在國家意志驅動及并購基金引導下，中國赴海外私有化PA廠商大幕開啟。

預期未來行業(yè)整合仍將持續(xù)。主要集中在以下領域：（1）隨著獨立PA設計廠商生存空間縮小，占據資金和產業(yè)優(yōu)勢的基帶芯片公司有望并購PA廠商，以補全平臺設計鏈；（2）占主導地位的砷化鎵/氮化鎵 PA Fabless或IDM廠商并購采用CMOS工藝的Fabless設計等新技術廠商，以增強自身技術覆蓋范圍和保持持續(xù)競爭力；（3）考慮到高性能氮化鎵半導體產業(yè)應用領域敏感性，出于軍事安全/技術保密/產品性能深度優(yōu)化的考慮，不排除設計公司通過收購方式建立化合物芯片產線，或代工廠反向收購設計公司打造垂直產業(yè)鏈的并購可能；（4）大陸扶持集成電路行業(yè)意志堅決，海外并購優(yōu)秀的砷化鎵廠商將持續(xù)加速；（5）國內消費電子產業(yè)鏈上下游公司出于拓展業(yè)務目的收購優(yōu)質化合物半導體設計公司，如長盈精密收購蘇州宜確股權布局物聯網，未來利用自身的產業(yè)鏈優(yōu)勢向客戶推廣其射頻功放產品。

化合物晶圓代工模式加速成長

砷化鎵芯片產能滯后，增長需求強烈。據統計2015年全球PA行業(yè)總產值為84.5億美元，砷化鎵代工市場總產值為6.5億美元，占比僅7.7%。2014年二季度由于中低端智能手機的增量爆發(fā)和4G市場占比的迅速拉升，大陸手機市場砷化鎵PA產能供給嚴重不足，市場缺口一度高達20%以上。以Skyworks為代表的國外IDM大廠PA缺貨嚴重，甚至迫使聯發(fā)科等平臺芯片廠商修改平臺設計方案應對。

設計公司“去晶圓化”，IDM產能外包成未來必然趨勢。與硅基集成電路發(fā)展趨勢類似，化合物半導體公司也將逐步由垂直一體的IDM模式向“無晶圓Fabless設計+專業(yè)晶圓代工”模式發(fā)展。一方面，新成立的設計公司一般不購置重資產的芯片生產產線，采用Fabless的純設計公司方式有助于保持公司的靈活性；另一方面，考慮到晶圓代工產業(yè)已然成規(guī)模及受到新興Fabless設計公司擠壓，IDM公司對自有產線擴展投資更為保守，因其自有產能必須要保證充分利用產線才不至于閑置。相比之下晶圓代工廠則可以通過掌握Fabless及IDM外發(fā)訂單維持產能利用率。傳統的IDM大廠越來越傾向于不再采用擴大自身產能，轉而采用外包給專業(yè)的晶圓代工公司進行芯片生產，進而又推動晶圓代工模式的成長。

代工市場產值2018年預計增至百億人民幣規(guī)模。隨著Fabless設計公司的涌現和IDM外包業(yè)務的發(fā)展，化合物集成電路代工業(yè)務將持續(xù)穩(wěn)步增長。2015年全球砷化鎵代工市場總量為6.5億美元，其中龍頭臺灣穩(wěn)懋月產能24k片（以6英寸片計），產值3.78億美元，占比58.2%。受益于PA芯片業(yè)務市場需求的迅猛增長和產業(yè)模式轉變，預計全球化合物集成電路代工業(yè)務市場將實現增量擴張，2018年代工市場總容量將增至16.9億美元，行業(yè)占比增至17.5%。

代工近期向穩(wěn)懋、宏捷科集中，三安光電有望強勢切入。目前全球專業(yè)砷化鎵晶圓代工廠商以臺企為主，代表企業(yè)為穩(wěn)懋（Win）和宏捷科（AWSC），2015年占化合物晶圓代工市場份額分別為58.2%、21.4%。穩(wěn)懋、宏捷科主要客戶分別為Avago、Skyworks。原IDM大廠TriQuint也提供代工服務，但因其兼具IDM和晶圓代工業(yè)務易與客戶業(yè)務發(fā)生沖突，導致其在砷化鎵晶圓代工市場市占率已從2010年的29%萎縮到18%。預期，中短期GaAs晶圓代工市場份額將不斷向穩(wěn)懋、宏捷科集中。大陸上市公司三安光電目前強勢布局砷化鎵及氮化鎵晶圓代工（2018年底年產能砷化鎵30萬片、氮化鎵6萬片），達產后產能將和穩(wěn)懋現有產能比肩，有望搶占臺廠代工市場。

國家意志驅動產業(yè)鏈崛起 內需拉動集成電路產業(yè)整體發(fā)展 集成電路巨額進口和國家安全戰(zhàn)略引起國家高度重視。集成電路被喻為國家的“工業(yè)糧食”和國防現代化的“電子血液”，而中國集成電路產業(yè)基礎薄弱，嚴重依賴進口，實際自給率僅有約10%，進幾年進口金額接近甚至超過原油進口，因此，發(fā)展集成電路產業(yè)已經被提升為國家安全戰(zhàn)略布局。

國家意志有望驅動行業(yè)戰(zhàn)略性拐點。（1）5/10年成長周期，扶持政策明確。近年來集成電路扶持政策密集頒布，融資、稅收、補貼等政策環(huán)境不斷優(yōu)化。尤其是2014年6月出臺的《國家集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要》，定調“設計為龍頭、制造為基礎、裝備和材料為支撐”，以2015、2020、2030為成長周期全力推進我國集成電路產業(yè)的發(fā)展。（2）龐大資本運作，撬動發(fā)展的主要手段。2014年10月，中國成立國家集成電路產業(yè)投資基金（簡稱“大基金”），“大基金”首批規(guī)模將達到1200億元，至2016年9月已投資37個項目，28個企業(yè)，加之超過6000億元的地方基金以及私募股權投資基金，中國有望以千億元基金撬動萬億元資金投入集成電路行業(yè)，加速行業(yè)重組、并購。

資源向龍頭集中，“馬太效應”凸顯。全球集成電路產業(yè)寡頭壟斷特征日益顯著，中國成長性不足企業(yè)也將逐步退出，優(yōu)質資源向龍頭集中。例如“大基金”已投項目及國開行融資項目涉及PA產業(yè)鏈公司的包括：（1）設計環(huán)節(jié)，“大基金”100億元投資紫光集團，國開行為紫光集團提供200億元融資貸款。（2）晶圓代工環(huán)節(jié)：“大基金”以48.4億元收購三安光電9.07%股權、以不超過25億美元推進與三安集團及三安光電合作；國開行以最優(yōu)惠利率提供200億人民幣融資總量，用于支持三安集團及三安光電的業(yè)務發(fā)展。（3）封裝測試環(huán)節(jié)：“大基金”3億美元助力長電科技收購星科金朋。

內國產化趨勢明朗：“芯片禁運”與需求缺口

化合物射頻芯片大陸需求端市場全備，供給端受“芯片禁運”遏喉，本土化迫在眉睫。（1）需求端：終端應用市場全備，規(guī)模條件逐步成熟。隨著全球移動終端產品產能向中國轉移，中國已經成為全球PA終端產品制造基地，2015年中國汽車、平板電腦、PC、智能手機出貨量占全球比重分別達28%、14%、30%、41%，終端應用市場全備，化合物PA芯片市場空間巨大。（2）供給端：中國尚無產值規(guī)模占比居前、技術領先的砷化鎵/氮化鎵集成電路設計、晶圓代工廠商，PA尤其是中高端3G/4G手機射頻PA芯片嚴重依賴進口。美國對華“芯片禁運”政策，尤其是高性能、軍用PA禁運政策非常嚴格，也將極大刺激氮化鎵芯片產業(yè)本土化發(fā)展。

設計端基礎扎實，技術突破在即

大陸優(yōu)秀設計公司不斷涌現，2G PA市場領域已占“半壁江山”。和其他集成電路細分行業(yè)發(fā)展軌跡類似，我國化合物集成電路設計公司較國外IDM大廠比起步較晚、規(guī)模相對較小，目前集中于低端消費類電子PA領域，普遍采用Fabless的純設計公司模式，由臺灣代工廠穩(wěn)懋等專業(yè)代工廠商提供芯片制造服務。區(qū)別于基帶數字電路芯片動輒上千人的“集團軍”作戰(zhàn)模式，化合物集成電路多為射頻模擬電路，Fabless設計公司核心工程師團隊往往只需數十人甚至數人。受益于國外人才回流和信息壁壘削弱，大陸化合物集成電路設計公司總體發(fā)展勢頭迅猛，涌現出如銳迪科/漢天下/唯捷創(chuàng)芯等一系列在業(yè)界占據一席之地的優(yōu)秀射頻功率放大器設計公司。2G 通訊終端領域，大陸PA廠商出貨量已遠超國外IDM大廠，合計份額超過75%，占據市場主流地位。2014年，銳迪科微電子 2G PA 2014年出貨量1.41億顆，3G PA出貨量300萬顆，PA事業(yè)部實現營收4300萬美元；中科漢天下微電子2G PA出貨量2.52億顆，3G PA出貨量4600萬顆，實現營收9000萬美元。唯捷創(chuàng)芯在3G PA領域起步較早，2013/2014/2015年分別實現營收3.40億元、4.69億元和4.1億元。

技術突破在即，3G/4G市場國產化替代加速。目前4G PA市場仍被Skyworks、Qorvo、Avago和Murata等幾家供應商壟斷，其他各家研發(fā)進度也在提速，國產化趨勢確定。預計2018年4G PA市場大陸PA市占率將大幅增加，占比達20%～40%。

晶圓代工強勢導入，全產業(yè)鏈雛形初現

設計推動代工，大陸化合物晶圓代工龍頭“呼之欲出”，PA類IDM產業(yè)鏈初現。目前我國化合物半導體領域，尤其是PA Fabless設計領域已經涌現出銳迪科（RDA）、唯捷創(chuàng)芯（Vanchip）、漢天下（Huntersun）、國民飛驤（2015年收購國民技術射頻PA業(yè)業(yè)務）、蘇州宜確（2015年被長盈精密收購20%股權）等廠商，及CETC13所、CETC55所等軍用科研院所。國內化合物集成電路設計目前已占領2G/3G/WiFi等消費品電子市場中的低端應用。其中漢天下和唯捷創(chuàng)芯已分別在國內2G/3G PA市場占據較大市場份額，各家4G砷化鎵射頻模組芯片研發(fā)快速推進，2015年內均有望實現規(guī)模量產，國產化替代趨勢明朗且持續(xù)加速。封測領域已經儲備長電科技、晶方科技、華天科技等優(yōu)質企業(yè)。未來代工環(huán)節(jié)有望由三安光電填補空白。2015年三安光電擬募投建設年產能30萬片砷化鎵和6萬片氮化鎵（6寸）生產線，2018年底達產產能有望超越臺灣穩(wěn)懋現有規(guī)模（2015年月產能24k片），成為國內第一家規(guī)模量產GaAs/GaN化合物晶圓代工企業(yè)。在國家意志驅動下，未來大陸有望打造“設計+晶圓代工+封裝測試PA類IDM全產業(yè)鏈。

投資策略：設計關注并購，制造追蹤“龍頭”

上游設計領域：重點關注化合物射頻PA公司被并購機會。PA設計公司獨立生存的空間逐步縮小。出于提升性能、降低成本、提升平臺競爭力等因素考慮，占據資金和產業(yè)優(yōu)勢的基帶芯片公司，具備收購射頻設計公司補全平臺設計鏈的強烈意愿。重點推薦國內上市公司信維通信，關注長盈精密。下游代工領域：看好積極布局化合物半導體代工領域LED龍頭企業(yè)三安光電。公司LED芯片龍頭地位穩(wěn)固，并強勢進軍化合物半導體代工領域，將受益于LED照明市場穩(wěn)定發(fā)展和化合物半導體代工市場爆發(fā)性增長。重點關注國內上市公司三安光電。

上游設計公司：關注PA設計公司被并購機會

基帶芯片設計公司并購PA Fabless設計公司趨勢明顯。化合物集成電路下游最大的消費類應用領域是射頻功率放大器，在通訊領域必須與基帶主芯片搭配使用，在地位上依附于主芯片。即便是國外的PA IDM大廠，在產業(yè)鏈中和平臺芯片設計廠商相比也處于從屬地位。目前全球集成電路產業(yè)明顯呈現“持續(xù)融合，強者恒強”的高度集中化發(fā)展趨勢。一方面，PA芯片是通訊領域僅次于基帶芯片的重要組成器件，設計和優(yōu)化上與基帶芯片存在天然互補聯系，銷售業(yè)績和產值預期與基帶芯片也存在強烈依附關系，是基帶芯片公司的必要有益補充；另一方面，硅基芯片與化合物半導體設計方法和工藝流程上都存在巨大差異，基帶芯片設計公司通過自身組建研發(fā)團隊從而具備PA設計能力并非易事。據此我們研判，在消費電子領域，本土PA設計公司獨立生存的空間將逐步縮小。出于提升性能、降低成本、提升平臺競爭力等因素考慮，占據資金和產業(yè)優(yōu)勢的基帶芯片公司，具備收購相關本土PA設計公司，補全平臺設計鏈的強烈意愿。基帶芯片巨頭高通收購Black Sand鞏固PA產品、臺灣聯發(fā)科入資Airoha、大陸展訊與銳迪科合并形成紫光展銳，且與中科漢天下緊密合作，都是這一趨勢的有力佐證。

重點推薦上市公司：信維通信，關注長盈精密。

重點關注非上市公司： 銳迪科，中科漢天下，唯捷創(chuàng)芯，蘇州宜確，國民飛驤。

銳迪科：與展訊合并，紫光展銳“基帶+射頻”產業(yè)一體化協同效應明顯。2013年7月至2015年6月展訊及銳迪科分別以18.7億美元和9.07億美元完成私有化，2015年整合初步完成紫光展銳本土IC設計巨頭現身。展訊2015年已成為全球第三大基帶芯片商，LTE芯片出貨過千萬顆，產品占三星出貨量30%以上。銳迪科在合并前已為國內十大IC設計商之一，為國內領先射頻及混合信號芯片供應商，2015年開發(fā)的RDA 3G/4G PA在WCDMA模式可達達到50%以上的效率（同期業(yè)界平均為40%），LTE模式下工作可達到40%效率同期（業(yè)界平均水平為35%）。2016年紫光展銳手機芯片預計出貨量將達6.5億套，穩(wěn)居全球前三。

唯捷創(chuàng)芯：目前國內唯一大規(guī)模量產2G、3G、4G所有標準射頻前端產品的公司。2015年成功登陸新三板，2016年又14億估值完成7000萬元融資。2013/2014/2015年營業(yè)收入分別為3.40/4.67/4.06億元，2015年1-4月2G/3G/4G芯片營收占比為38.94%/56.70%/3.16%。2015年6月推出射頻前端產品包含2套組合，分別支持3模和5模的4G移動通信終端應用，符合MTK的4G通信平臺定義的phase2射頻前端標準。目前公司產品已成功應用到聯想、華為、HTC等國內一線品牌。2016年與RFMD訴訟案達成和解，為公司未來發(fā)展又掃除一大隱患。

中科漢天下：2GCMOS PA全球市占率超50%，穩(wěn)居全球第一。公司為國內領先無線射頻芯片、智能手機功放芯片、雙工器、濾波器芯片制造商，2016年公司RF-PA月出貨量超過7000萬顆，其中2G PA 超4000萬/月，3GPA 超1100萬套/月，4GPA已導入數家知名IDH方案商和品牌客戶的BOM列表，并完成了首批產品的規(guī)模量產測試。2016年射頻前端芯片通過了三星認證，將大規(guī)模量產4G三模八頻和五模十七頻射頻前端套片。

下游制造企業(yè)：關注大陸化合物代工潛在龍頭

重點公司推薦：看好積極布局化合物半導體代工領域的A股上市公司三安光電。公司主要從事Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的研究與應用，著重以碳化硅、砷化鎵、氮化鎵、藍寶石等半導體新材料所涉及的核心主業(yè)做大做強，近兩年一系列動作布局謀求化合物集成電路代工寡頭。

從國家戰(zhàn)略，產業(yè)發(fā)展，及軍品民用化等角度考量，培養(yǎng)本土的化合物PA代工龍頭企業(yè)勢在必行，三安光電已積累豐富的化合物半導體制備關鍵技術，切入化合物芯片代工領域恰逢其時。

信維通信：深度受益5G爆發(fā)，由天線至射頻前端，打開千億市值空間

射頻主業(yè)受益大客戶份額持續(xù)提升。信維通信主營射頻元器件，是全球領先天線廠商，提供產品包括射頻隔離器、射頻連接器、手機天線、WIFI天線、NFC天線、無線充電等，為國際A客戶、三星電子、華為等知名廠商大量供貨。隨著在射頻主業(yè)中競爭對手安費諾、Molex等的逐步下滑，公司在大客戶的份額穩(wěn)步提升，并由手機向單機價值量更大的pad，筆記本電腦領域快速擴張，預期今明年相關領域的拓展仍能夠為射頻主業(yè)帶來40%以上的增長。此外，公司在國產安卓陣營的份額仍然較低，這部分也將貢獻未來一兩年公司成長的主要動力。

切入聲學，打開中期成長空間。受益聲學射頻一體化趨勢，公司切入聲學領域，提供聲學+射頻的box一體化解決方案。聲學領域單機價值量遠大于天線，是更為廣闊的成長領域。公司聲學產品目前已為索尼出貨，2017年將大概率在安卓陣營全面導入，迎來聲學業(yè)務的全面爆發(fā)，包括華為和步步高系都是公司的潛在客戶，我們認為公司2017年在聲學領域的營收有望突破10億元。

前瞻布局，迎接無線充電盛宴。公司當前是三星無線充電的主力供應商，并和國內科研院所合作，布局無線充電前端材料，打造無線充電核心競爭力。根據臺灣媒體報道，2017年大客戶有望在三款手機全部導入無線充電，從而使無線充電迎來爆發(fā)元年。當前，公司已經全面布局包括大客戶和三星在內的不同無線充電解決方案，并致力于提供發(fā)射端平臺，我們認為公司的無線充電業(yè)務將在2017年大幅放量，2018年全面爆發(fā)。

全面布局上游材料，發(fā)力5G射頻前端，打造中國村田。5G技術，天線與射頻是關鍵，射頻前端模組價格預期可至50美元，市場空間超200億美元。5G對手機天線集成度要求不斷提高的同時，手機向下兼容的需求拉動單機射頻器件使用量，同時射頻器件向高頻發(fā)展。4G時代，PA、SAW等射頻核心元件市場被掌握射頻材料的美日大廠所掌控。公司順應5G要求，發(fā)展天線陣列與射頻模組，進軍射頻新材料戰(zhàn)略卡位，控股國內為數不多掌握射頻電子材料、磁性材料、LTCC工藝的先進企業(yè)上海光線新材料。對標村田，由射頻材料逐步向射頻核心元件與模組進發(fā)，未來成長可期。

風險因素。射頻元件技術風險；無線充電市場風險。

盈利預測、估值及投資評級。公司是全球領先天線廠商，原有業(yè)務經營良好，對國際大客戶滲透不斷加強，成長空間廣闊。5G時代提前布局，依托大客戶發(fā)展，射頻前端新產品增長可期。根據近期產業(yè)調研及上下游驗證，我們維持公司2016/17/18年EPS預測0.57/0.97/1.52元，按照2017年PE=37倍，對應的目標價35.89元，維持“買入”評級。

長盈精密：布局射頻前端具備潛力，金屬外觀持續(xù)高增長

布局移動通訊終端零組件，2015年入股蘇州宜確。公司2015年以4500萬元入股蘇州宜確，持股20%。蘇州宜確成立于2015年，為射頻前端集成電路設計商，業(yè)務覆蓋2G/3G/4G/MMMB射頻功率放大器及射頻前端芯片等。2016年成功獲審高頻段5G基站用功率放大器國家科技重大專項課題，業(yè)務延伸布局未來5G通訊。長盈精密籍此拓展無線互聯網絡射頻接入相關業(yè)務，奠基無線接入端提供整體方案芯片開發(fā)。

受益下游市場，金屬CNC外觀持續(xù)高增長。公司當前60%以上的營收和利潤來自CNC，受益于公司主要客戶VIVO及OPPO市場份額增長，CNC類產品持續(xù)高增長。2016 Q2 VIVO/OPPO國內市場份額由去年同期7.4%/6.9%增至11.9%/13.9%，出貨1300/1520萬部。若2017年玻璃外觀成為趨勢，中框大概率由鋁變?yōu)椴讳P鋼，加工時長將翻倍，刺激營收增長。長盈精密2016 H1金屬外觀營收18.4億，同比增長約60%，未來可望繼續(xù)保持高速增長。

增資入股廣東方振，切入A客戶產業(yè)鏈。公司2016年向A客戶防水液態(tài)硅膠供應商廣東方振增資4500萬元，獲得15%股權。A客戶新品引智能手機防水熱潮，假設未來每年20億部移動通訊終端采用防水材料，僅消費電子類產品上防水材料市場可超百億元規(guī)模。2016H1廣東方振實現利潤728萬元，近2015 年全年2 倍，2016-2018 年預計營收3000/4000/6000 萬元。長盈科技切入防水材料業(yè)務，外加其防水端子2016年達產在即，全面布局精密防水產業(yè)有望。連接器業(yè)務多點開花。公司積極布局連接器業(yè)務，產能與技術均具優(yōu)勢。2015年公司精密連接器年產能達12億件，超精密連接器達5億件。2016 H1公司大電流BTB連接器及卡類快速充電連接器技術廣受好評，出貨增長明顯；自主開發(fā)高自動化程度RF線纜組裝線，效率較業(yè)界水平提高一倍以上；成功開發(fā)出Type-C端子，銷量已過200萬。2016 H1公司連接器營收3.8億元，預計為公司業(yè)績未來穩(wěn)定增長點。

風險因素。5G射頻前端開發(fā)受阻；下游手機市場風險。

盈利預測、估值及投資評級。公司主營業(yè)務增長強勁，2016H1金屬CNC外觀業(yè)務同比增長達60%；連接器業(yè)務進展順利，新品多點開花，Type-C端子可望放量；入股蘇州宜確布局移動射頻前端，未來5G業(yè)務為潛在增長點。我們給予公司16/17/18三年EPS為0.64、1.03、1.32元的盈利預測，看好公司主營業(yè)務高增長，工業(yè)4.0下新業(yè)務潛力，按照2017年PE=24倍，給予24.72元目標價，首次覆蓋，給予“增持”評級。

三安光電：打造國內化合物半導體代工龍頭

LED芯片龍頭地位穩(wěn)固，全球市場提供廣闊空間。LED照明產業(yè)平穩(wěn)增長將成為拉動LED芯片產業(yè)的強勁動力。2017年國內照明市場LED滲透率有望增至80%。三安光電外延片生產核心設備MOVCD預計2018年底可達 380臺，LED業(yè)務毛利率也顯著高于國內同業(yè)，規(guī)模效應和成本優(yōu)勢明顯，領先地位鞏固。2015年全球LED照明市場規(guī)模高達299億美元，市場滲透率27.2%，仍有較大提升空間。將充分受益于LED產業(yè)向中國大陸轉移趨勢，海外市場前景廣闊。

IC國產化趨勢明朗，大基金支持趕超全球代工龍頭。三安光電將融資投產GaAs/GaN器件，深度布局化合物半導體代工市場。產業(yè)總體趨勢性向亞洲轉移，大陸產業(yè)鏈雛形初現，代工環(huán)節(jié)極有希望由三安填補空白。半導體項目獲國家層面支持，大基金48億元投資成為公司第二大股東，25億美元規(guī)模產業(yè)基金、國開行200億信貸額度將助力公司外延爆發(fā)式增長。項目達產后產能比肩業(yè)界巨頭，有望占據全球27.3%的代工份額。

風險因素：半導體產線達產不及預期及與代工臺企短期競爭加劇的風險；LED下游市場增速低于預期的風險。

盈利預測、估值及投資評級：達產穩(wěn)定后可實現化合物半導體6寸片年產能36萬片，規(guī)模大于目前代工龍頭臺灣穩(wěn)懋。公司LED芯片龍頭地位穩(wěn)固，并強勢進軍化合物半導體代工領域，將受益于LED照明市場穩(wěn)定發(fā)展和化合物半導體代工市場爆發(fā)性增長。我們預計公司2016-2018年全面攤薄EPS分別為0.52/0.63/0.71元（2015年考慮除權后為0.42元）。參考可比公司估值水平，兼顧并購預期、大基金注資，我們給予公司2017年23倍PE估值，對應目標價14.49元，上調至“買入”評級。

大港股份：穩(wěn)增拓新，深化PA等新興領域布局 并購切入PA模塊，深化IC產業(yè)戰(zhàn)略布局。公司全資并購了國內領先的獨立集成電路測試服務商艾科半導體，并于2016年對其增資6.9億元。艾科半導體作為國內領先的專業(yè)化獨立第三方集成電路測試企業(yè)，具有通用射頻測試設備研發(fā)與產業(yè)化能力，目前艾科半導體的Matrix測試系統已量產測試 GSM、EDGE、TD、UMTS（WCDMA）等主流移動設備射頻前端器件，涵蓋單頻功放及多頻多模發(fā)射模塊等產品，并研發(fā)出基于通用自動測試設備（ATE）的射頻測試方案。與此同時，公司與鎮(zhèn)高新等7家公司簽訂《框架協議》，設立并購基金 50億元，為發(fā)展公司集成電路等新興產業(yè)培育優(yōu)質標的。2016年該業(yè)務開始起量，上半年營收達3900萬，增速良好。

激光產品研發(fā)穩(wěn)步推進，進軍航空航天軍工業(yè)務。激光技術是未來制造技術的發(fā)展方向之一，激光測距機是中科大港的主要目標產品，我國激光測距機市場正處于騰飛期，2008 年我國產量為 1,885 臺，2013 年則達到 181,180 臺，市場空間廣闊。公司與中科院半導體研究所等機構共同設立中科大港激光科技有限公司，從事高功率全固態(tài)激光器及其應用研究，已成功掌握30km激光測距技術。一方面，公司已簽訂三級保密協定，為進軍軍工市場做鋪墊。另一方面，2015年與圌山旅文合資成立大路航空，擬通過收購投資等方式打造航天航空產業(yè)整合平臺，有望成為來來新的營收增長點。

全方位業(yè)務拓展，借力九鼎投資提升資本運營能力。九鼎投資和公司深度合作后，有助于推進公司資本運營能力的改善，為公司今后的資本運作提供有效支撐。此次與九鼎合作，一方面表明公司在外延方面進入實質性籌劃階段。另一方面向市場表明外延整合的方向在朝環(huán)保、科技等新興產業(yè)領域拓展。

房產積極轉型與固廢業(yè)務起量，營收增長高速可期。公司固廢處理業(yè)務盈利能力強，子公司鎮(zhèn)江固廢2015年公司實現 2386.56萬元營業(yè)收入，規(guī)母凈利潤1222.9萬元，預計2016年公司固廢處理產能將充分釋放，有望大幅提升公司固廢處理業(yè)務業(yè)績。此外，公司楚橋雅苑安臵房項目交付及商品房項目的預銷售，標志著公司的地產業(yè)務已向商品房及商業(yè)地產開發(fā)建設轉型，著手打造公司房地產自主品牌“2077”，預計房地產業(yè)務毛利率將持續(xù)提升。

風險因素。房地產行業(yè)景氣程度；激光技術研發(fā)失?。籌C市場不及預期。

盈利預測、估值及投資評級。公司積極轉型泛半導體領域，布局包括射頻測試和半導體激光器等多個領域，傳統房地產業(yè)務為公司轉型發(fā)展提供持續(xù)的資金支持?？紤]到射頻測試業(yè)務的稀缺性和艾科半導體的發(fā)展前景，我們給予公司16/17/18三年EPS 0.22/0.37/0.61元的盈利預測，按照17年PE=60倍，給予22.2元目標價，首次覆蓋給予“增持”評級。

第五篇：中國科學技術大學高溫超導物理研究新進展

中國科學技術大學高溫超導物理研究新進展

摘 要在中國科學技術大學（以下簡稱中國科大）建校50周年之際，文章作者對近年來中國科大在高溫超導物理方面的最新研究進展情況作一介紹，包括新型高溫超導材料探索研究和高溫超導機理實驗研究.在新型高溫超導材料探索研究方面，文章作者首次發(fā)現了除高溫超導銅基化合物以外第一個超導溫度突破麥克米蘭極限（39 K）的非銅基超導體――鐵基砷化物SmO1-xFxFeAs，該類材料的最高超導轉變溫度可達到55K；中國科大還成功地制備出大量高質量的超導化合物單晶，包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高溫超導機理實驗研究方面，中國科大系統地研究了SmO1-xFxFeAs體系的電輸運性質給出了該體系的電子相圖；發(fā)現了在電子型高溫超導體中存在反常的熱滯現象和電荷-自旋強烈耦合作用；在NaxCoO2體系中也開展了系列的工作，并且首次明確了電荷有序態(tài)中小自旋的磁結構問題；此外，還系統地研究了CuxTiSe2體系中電荷密度波與超導的相互關系.??

關鍵詞高溫超導,鐵基砷化物,自旋-電荷耦合,電荷有序,電荷密度波?おお?

High|Tc superconductivity research in the University of ??Science and Technology of China?お?

CHEN Xian|Hui?k??

(Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale and Department of Physics, University of ??Science and Technology of China, Hefei 230026, China)?お?

AbstractTo celebrate the 50th anniversary of the founding of the University of Science and Technology of China, a brief review is presented of recent research on high|Tc superconductivity there.The search for new high|Tc materials and experimental research on the mechanism of high|Tc superconductivity led to our discovery of the Fe|based arsenide superconductor――SmO1-xFxFeAs, which is the first non|copper|oxide superconductor with a transition temperature beyond the McMillan limit(39 K), while the highest transition temperature in this system can reach 55 K.A variety of superconducting single crystals including Nd2-xCexCuO4, NaxCoO2 and CuxTiSe2 have been successfully grown.To understand the mechanism of high|Tc superconductivity we have systematically studied the electronic transport of the SmO1-xFxFeAs system and proposed a corresponding electronic phase diagram.Abnormal thermal hysteresis and spin|charge coupling have been found in electron|type high|Tc superconductors.In the NaxCoO2 system the magnetic structure of the small magnetic moment in the charge ordered state has been clarified.The relationship between charge density waves and superconductivity in the CuxTiSe2 system has also been studied.??

Keywordshigh|Tc superconductivity, Fe|based arsenide, spin|charge coupling, charge ordering, charge density wave

引言??

上世紀80年代末，高溫超導銅氧化合物的發(fā)現引發(fā)了全球研究高溫超導的熱潮.至今，高溫超導的研究已經有22年的歷史，在20多年的廣泛研究中,人們積累了大量的實驗數據和理論方法.到目前為止，雖然已經有許多很好的理論模型，但是高溫超導機理問題仍然沒有完全解決，許多實驗的結果還存在爭議.??

銅氧化物的奇特物理源自于電子的強關聯效應，而且人們發(fā)現這種強關聯效應是普遍存在于物質之中的，尤其是在d電子和f電子化合物中最常見.高溫超導的研究也不再局限于認識高溫超導電性本身，而是要理解強關聯效應背后所有的物理現象以及如何建立研究強關聯體系的范式.因而強關聯體系中的超導現象也就成為高溫超導的研究范圍，并且吸引了人們極大的興趣.我們的工作的重點就是圍繞新的高溫超導材料以及強關聯超導材料開展的.??

這里我們將分為兩個方面來介紹我們的工作進展，即新型高溫超導材料探索和高溫超導機理實驗研究.?? 研究工作的進展情況??

2.1 新型高溫超導材料探索??

2.1.1 新高溫超導體的發(fā)現??

1986年，IBM研究實驗室的德國物理學家柏諾茲與瑞士物理學家繆勒在層狀銅氧化合物體系中發(fā)現了高于40K的臨界轉變溫度［1］，隨后該體系的臨界溫度不斷提高，最終達到了163K（高壓下）［2］.該發(fā)現掀起了全球范圍的超導研究熱潮并且對經典的“BCS”理論也提出了挑戰(zhàn).德國物理學家柏諾茲與瑞士物理學家繆勒也因為他們的發(fā)現獲得了1987年的諾貝爾物理學獎.自從層狀銅氧化合物高溫超導體發(fā)現以來，人們一直都在致力于尋找更高臨界溫度的新超導體.然而到目前為止，臨界溫度高于40K的超導體只有銅氧化合物超導體.在非銅氧化合物超導體中，臨界溫度最高的就是39K的MgB2超導體［3］.但是該超導體的臨界溫度非常接近“BCS”理論所預言的理論值［4］.因此，尋找一個臨界溫度高于40K的非銅氧化合物超導體對于理解普適的高溫超導電性是非常重要的，尤其是高溫超導的機理到目前還沒有得到類似于“BCS”一樣完美的理論.在我們最近的研究中，我們在具有ZrCuSiAs結構的釤砷氧化物SmFeAsO1-xFx中發(fā)現了體超導電性［5］.我們的電阻率和磁化率測量表明，該體系的超導臨界溫度達到了43K.該材料是目前為止第一個臨界溫度超過40K的非銅氧化合物超導體.高于40K的臨界轉變溫度也有力地說明了該體系是一個非傳統的高溫超導體.該發(fā)現勢必會對我們認識高溫超導現象帶來新的契機.??

關于電荷有序NaxCoO2體系的磁結構一直以來都存在爭議，被大家普遍接受的磁結構有兩種:一種是由美國MIT實驗組提出的類似“stripe”的磁結構［52］，另一種是由日本實驗組提出的有大、小磁矩的磁結構［53］.通過研究磁場下角度依賴的磁阻，我們從實驗上給出了強有力的證據,證明了日本實驗組給出的磁結構更加合理［54］，從而解決了關于磁結構的爭論.并且我們還通過我們的結果首次確定了電荷有序NaxCoO2體系的小磁矩的磁結構.另外我們還在實驗中發(fā)現，在x=0.55時，體系的小磁矩會形成面內鐵磁性［55］.該實驗進一步證明了大、小磁矩磁結構的正確性，并且表明體系的小磁矩的磁結構是強烈依賴于Na的含量.基于以上兩個發(fā)現，我們又進一步證明了，在強場下，小磁矩會發(fā)生一個磁場誘導的自旋90度翻轉，并且同時伴隨有磁性的轉變［56］.至此，我們對該體系的磁結構有了一個完整的認識，并且給出了該體系在電荷有序附近的磁性相圖.在對磁結構認識的同時，我們還發(fā)現了該體系具有很強的自旋電荷耦合，這將有助于我們理解體系的超導電性.??

2.2.4 CuxTiSe2體系的研究??

過渡金屬二硫族化合物（TMD’s）具有非常豐富的物理現象.不同的化學組成和結構可以導致迥然不同的物理性質.例如，兩維體系的電荷密度波是首先在TMD’s中發(fā)現的［57］.電荷密度波態(tài)，1T結構的TaS2會在費米面打開一個能隙［58］，但在2H結構的TaS2中，能隙只是部分打開［59］，而在1T結構中的TiSe2中卻沒有任何能隙的打開［60］.非常有意思的是，超導電性總是在2H結構的TMD’s材料中和電荷密度波相互共存、相互競爭［61―63］，但在1T結構的化合物中，卻很少觀察到這種現象.最近，在1T結構的CuxTiSe2中發(fā)現的超導電性進一步豐富了TMD’s材料的物理內容［64］.在不摻雜的1T結構的TiSe2中，體系表現為CDW，并且這種材料中的CDW機制到目前還在爭論中.隨著銅原子的摻雜，CDW轉變溫度會迅速下降，這種情況類似于MxTiSe2’s(M=Fe,Mn,Ta,V和Nb)化合物［65―68］.與此同時，超導電性會在摻雜量為x=0.04出現，并在x=0.08達到最大值4.3K，然后轉變溫度開始下降，在x=0.10時下降為2.8K.令人驚奇的是，這樣一個相圖和高溫超導銅氧化物以及重費米子體系是非常的類似的［69］，所不同的是，在這里與超導相互競爭的是電荷序，而在高溫超導銅氧化物以及重費米子體系中是反鐵磁序.在1T-CuxTiSe2體系中存在這種普適的相圖是非常重要的，對它的研究將會給其他相關領域也帶來重要的幫助.基于以上考慮，我們系統地研究了CuxTiSe2（0.015≤x≤0.110）單晶的輸運性質、電子結構以及低溫熱導（x=??0.55）［70―72］.當x≤0.025，體系在低溫下會形成電荷密度波，并在面內和面外的電阻率隨溫度曲線都表現出一個寬峰行為.隨著Cu的摻雜，電荷密度波被完全壓制在x=0.55附近，隨后體系會出現超導電性且隨Cu摻雜而增強.體系的超導電性在x≥??0.08以后開始被壓制，在Cu0.11TiSe2樣品中，直到??1.8K都沒有發(fā)現超導電性.通過角分辨光電子譜的研究，發(fā)現1T-TiSe2母體具有半導體類型的能帶結構，并且發(fā)現，隨著Cu摻雜體系的化學勢顯著提高，從而導致電荷密度波的壓制以及超導電性的出現.我們還通過低溫熱導的測量確定了該體系的超導為單帶的s波超導.??

小結??

以上介紹了我們在高溫超導領域的最新進展.我們不但在高溫超導銅基化合物中取得了不錯的成績，在新超導體研究中也處于國際領先水平，尤其是在新的鐵基高溫超導體的研究方面.?オ?

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