第一篇：磷化銦晶體半導(dǎo)體材料的研究綜述

文獻(xiàn)綜述

課題名稱 磷化銦晶體半導(dǎo)體材料的研究 學(xué)生學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級2013級機(jī)電（3）班 學(xué) 號 31120000135 學(xué)生姓名 王琮 指導(dǎo)教師 路家斌

2017年01月06日

中文摘要

磷化銦(InP)已成為光電器件和微電子器件不可或缺的重要半導(dǎo)體材料。本文詳細(xì)研究了快速大容量合成高純及各種熔體配比條件的InP材料；大直徑 lnP單晶生長；與熔體配比相關(guān)的缺陷性質(zhì)；lnP中的VIn心相關(guān)的缺陷性質(zhì)和有關(guān)InP材料的應(yīng)用，本文回顧了磷化銦(InP)晶體材料的發(fā)展過程 , 介紹了磷化銦材料的多種用途和優(yōu)越特性，深入分析InP合成的物理化學(xué)過程，國際上首次采用雙管合成技術(shù)，通 過對熱場和其他工藝參數(shù)的優(yōu)化，實現(xiàn)在60—90分鐘內(nèi)合成4．6Kg高純InP多晶。通過對配比量的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了熔體的富銦、近化學(xué)配比，富磷等狀態(tài)，為進(jìn)一步開展不同熔體配比對InP性質(zhì)的影響奠定了基礎(chǔ).關(guān)鍵詞：磷化銦磷注入合成晶體 材料 器件

ABSTRACT Indium Phosphide(InP)has been indispensable to both optical and electronic devices．This paper used a direct P—injection synthesis and LEC crystal growth method to prepare high purity and various melt stoichiometryconditions polycrystalline InP and to grow high quality,large diameter InP single crystal in our homemade pullers．In this work，we have obtained the abstract this paper looks back the developing process on the bulk InP crystals, introduces vario us uses a nd superior character of the InP ma terials and a large quantity of high purity InP crystal material has been produced by the phosphorus in-situ injection synthesis and liquid encapsulated Czochralski(LEC)growth process．In the injection method，phosphorus reacts with indium very quickly so that the rapid polycrystalline synthesis is possible．The quartz injector with two Or multi-transfer tubes was used to improve the synthesis result．It will avoid quartz injector blast when the melt was indraft into the transfer tube．The injection speed，melt temperature，phosphorus excess，and SO on are also important for a successful synthesis process．About 4000—60009 stoichiometric high purity poly InP is synthesized reproducibly by improved P-injection method in the high—pressure puller．

Keywords：InP , P-injection synthesis, Crystal , Material, Device

引言

磷化銦(InP)是重要的Ⅲ-Ⅴ 族化合物半導(dǎo)體材料之一 , 是繼 Si、Ga As之后的新一代電子功能材料。幾乎在與鍺、硅等第一代元素半導(dǎo)體材料的發(fā)展和研究的同時 , 科學(xué)工作者對化合物半導(dǎo)體材料也開始了大量的探索工作。1952年 Welker等人發(fā)現(xiàn)Ⅲ族和Ⅴ族元素形成的化合物也是半導(dǎo)體 , 而且某些化合物半導(dǎo)體如 Ga As、In P等具有 Ge、Si 所不具備的優(yōu)越特性(如電子遷移率高、禁帶寬度大等等), 可以在微波及光電器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用 , 因而開始引起人們對化合物半導(dǎo)體材料的廣泛注意。但是, 由于這些化合物中含有易揮發(fā)的Ⅴ族元素 , 材料的制備遠(yuǎn)比 Ge、Si 等困難。到 50年代末 , 科學(xué)工作者應(yīng)用水平布里奇曼法(HB)、溫度梯度法(GF)和磁耦合提拉法生長出了 Ga As、InP單晶 , 但由于晶體太小不適于大規(guī)模的研究。1962年 Metz等人提出可以用液封直拉法(LEC)來制備化合物半導(dǎo)體晶體 , 1965 ～ 1968 年 M ullin等人第一次用三氧化二硼(B2 O3)做液封劑 , 用 LEC法生長了 Ga As、InP等單晶材料 , 為以后生長大直徑、高質(zhì)量Ⅲ-Ⅴ 族單晶打下了基礎(chǔ) , InP材料的研究也才真正開始。但由于InP在熔點溫度 1335±7K時 , 磷的離解壓為27.5atm, 因此 InP多晶的合成相對比較困難 , 單晶生長也困難得多 , 就是說整個過程始終要在高溫高壓下進(jìn)行, 所以 InP單晶就難獲得 , 而且在高溫高壓下生長單晶 , 其所受到的熱應(yīng)力也大 ,所以晶片加工就很難 ,再加上 InP的堆垛層錯能較低 ,容易產(chǎn)生孿晶 ,致使高質(zhì)量的 In P單晶的制備更加困難。所以目前相同面積的 InP拋光片要比 Ga As的貴 3～ 5 倍。而對 In P材料的研究還遠(yuǎn)不如 Si、Ga As等材料來得深入和廣泛。只是在 70年代由于有人提出了 In P可能具有三能谷能帶結(jié)構(gòu)而使許多科學(xué)工作者的目光投向了 In P材料, 使 In P的研究形成了一次小高潮 , 但后來證明 In P和 Ga As一樣是兩能谷能帶結(jié)構(gòu)。但這一過程使國際上形成了一批專門從事 InP性質(zhì)研究的科學(xué)家。隨著 80年代 HEM T 技術(shù)和應(yīng)用的迅速發(fā)展以及光纖通信事業(yè)的大發(fā)展 , 光電器件的走紅 , 太陽能電池的大量需求, 極大地推動了與這些技術(shù)密切相關(guān)的 InP材料的研究和發(fā)展。

由于 InP材料的一系列優(yōu)越性被發(fā)現(xiàn) , 使其在軍用、民用光纖通信、微波、毫米波器件、抗輻射太陽能電池、異質(zhì)結(jié)晶體管等許多高技術(shù)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用 , 所以各技術(shù)先進(jìn)國家普遍加強(qiáng)了對 InP材料的重視程度。北大西洋公約組織(N ATO)在 1980年就召開了三年一屆的 In P工作會議并有專門組織進(jìn)行管理 , 到 1989 年由于 In P材料與器件發(fā)展迅速 , 所以工作會議就改為由 IEEE 等國際著名組織主辦的以 In P命名的國際性學(xué)術(shù)會議—— “磷化銦及相關(guān)材料國際會議(IPRM)”, 會議每年召開一次 , 1998年 5月在日本的筑波舉辦第 10屆IPRM 會議 , 這次 IPRM’98會議將總結(jié)最近10年來國際上 In P發(fā)展的最新成果 , 并將舉辦隆重的 10周年慶祝儀式。中國大陸的兩位學(xué)者已被邀請參加此次盛會。

美國國防部早在 1989年就把 InP和 Ga As 放在一起制定了專門的到 2000年的發(fā)展規(guī)劃 , 其具體目標(biāo)是到 2000年要有 6英寸的 Ga As單晶 ,而對 In P單晶材料是要有可靠的來源。從目前的資料看 , 他們的目標(biāo)提前實現(xiàn)了。而到90年代中期 , 美國陸軍制定了包括 InP技術(shù)在內(nèi)的 20項關(guān)鍵電子技術(shù) , 以提高其在21世紀(jì)的實戰(zhàn)能力, 因為 In P的微波和毫米波單片電路能使陸軍采用固態(tài)器件和相控技術(shù)來發(fā)展先進(jìn)的雷達(dá)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。其它英、日、俄、法等技術(shù)先進(jìn)國家也早在 70年代末就對InP單晶材料的制備和相關(guān)器件的發(fā)展給以極大的關(guān)注 , 所以目前仍是這些國家在此領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位 , 并積極開拓市場 , 逐步將這一高科技軍事領(lǐng)域的奇葩轉(zhuǎn)化到民用工業(yè)上來 , 使之真正實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

我國的 InP材料研究起步并不晚 ,在 70年代就開始了 InP單晶材料的研制工作 , 到 1976 年就用國產(chǎn)自行設(shè)計制造的首臺高壓單晶爐生長出了我國第一根具有使用和研究價值的 InP 單晶。到 80年代初開始了我國自己的 InP基器件研制工作。在我國老一輩半導(dǎo)體材料專家中科院林蘭英院士的始終關(guān)注下 , 盡管由于我國的基礎(chǔ)工業(yè)還比較落后 , In P的應(yīng)用在我國還遠(yuǎn)不如人意 , 但我國一直沒有放棄這一重要領(lǐng)域的研究工作。我國的科學(xué)工作者在艱苦的條件下 , 在 InP多晶合成和單晶生長方面取得了許多成果 , 在某些方面的工藝技術(shù)還處于國際先進(jìn)水平。

第一章 緒論

1．1 InP晶體概述

人類認(rèn)識半導(dǎo)體的歷史可以追溯到1782年以前，沃爾特(A．Volta)通過靜電計對不同材料進(jìn)行接地放電，區(qū)分了金屬，絕緣體和導(dǎo)電性能介 于其間的“半導(dǎo)體”，隨后他也最早使用了“半導(dǎo)體”一詞。1833年，法拉第(M．Faraday)發(fā)現(xiàn)了A92S具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)12J，史密斯(W． R．Smith)發(fā)現(xiàn)硒的光電導(dǎo)現(xiàn)象，布勞恩(F．Braun)于1874年發(fā)現(xiàn)了 PbS和FeS2與金屬探針接觸時的整流現(xiàn)象，揭開了人類研究半導(dǎo)體材料 的新篇章。20世紀(jì)成為人類在材料發(fā)展史中流光溢彩的輝煌歷史時期，由于社會進(jìn)步及軍事電子技術(shù)發(fā)展的迫切需要，使人們意識到：未雨綢繆 的時候到了。于是一大批新型電子材料應(yīng)運而生：1910年蒂埃爾(Thiel)等 首次報道了人工合成磷化銦(InP)材料，這成為了人類研究III．V族化合 物的最早記錄；1929年，戈爾德施米特(Goldschmidt)首次合成了出了 GaAs，并指出其具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)。1940～1945年，對PbS，PbSe和PbTe 作為紅外探測材料進(jìn)行了大量研究。1950年，用直拉(CZ)法制備出第一顆 鍺(Ge)單晶．1952年，制備出第一顆硅(si)單晶；1954年，用區(qū)熔(FZ)法，水平(HB)法制備出砷化鎵(GaAs)單晶；德國的Welker于1 950年代 初期開展了III．V族半導(dǎo)體材料的生長研究IlOl，1963年納爾遜(H．Nelson)用液相外延法(LPE)生長了GaAs外延層，并做出了半導(dǎo)體激光器111|。1965年，耐特(Knight)首次用氣相外延(VPE)法成功地制備了砷化鎵(GaAs)單晶薄膜；1965年，Mullin等報道了GaAs單晶的液封直拉生長方法，1960年代末開始用LEC法生長InP和GaP單晶[13-151。從新材料家族中涌 現(xiàn)出來的新秀，不但為材料王國的興盛帶來了曙光，也為新一代軍事電子裝備的發(fā)展帶來了希望。

與鍺、硅材料相比，化合物半導(dǎo)體GaAs、InP具有許多優(yōu)點：直接躍 遷型能帶結(jié)構(gòu)，具有高的電光轉(zhuǎn)換效率；電子遷移率高，易于制成半絕緣 材料，適合制作高頻微波器件和電路；工作溫度高(400．450℃)；具有強(qiáng)的抗輻射能力；作為太陽能電池材料的轉(zhuǎn)換效率高等。這些特性決定了 GaAs、InP等材料在固態(tài)發(fā)光、微波通信、光纖通信、制導(dǎo)／導(dǎo)航、衛(wèi)星等 民用和軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣闊。

半導(dǎo)體技術(shù)的商業(yè)化生產(chǎn)歷史可以看作是一系列工藝技術(shù)不斷更新發(fā) 展的歷史。第一個商業(yè)化晶體管是用鍺(Ge)制造的，但在20世紀(jì)60年代 早期，硅(Si)器件很快就在性能和價位上超過了它。硅現(xiàn)在能確立在半導(dǎo)體工業(yè)中的統(tǒng)治地位，部分要歸功于工藝技術(shù)的不斷開發(fā)，使得硅器件在 集成功能性和價位上具有很強(qiáng)的競爭能力。第三種商業(yè)化半導(dǎo)體技術(shù)出現(xiàn) 于20世紀(jì)80年代后期，來自于化合物材料領(lǐng)域一一砷化鎵(GaAs)，當(dāng)時 曾有人預(yù)言GaAs將全面代替Si，20多年過去了，這種局面不僅沒有出現(xiàn)，而且Si在更多的領(lǐng)域發(fā)揮出優(yōu)異的表現(xiàn)。在1970年代中后期，以InP單 晶為襯底制作的長波長激光器首次實現(xiàn)了室溫下激射后，lnP單晶開始逐 步引起人們的重視，到1980年代初期，InP基高電子遷移率晶體管的出現(xiàn)，使得InP在微電子領(lǐng)域也表現(xiàn)出優(yōu)異的特性，而且人們認(rèn)為可以在InP上 方便的實現(xiàn)光電集成，使相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的飛躍，因此，1980年代后期 即有科學(xué)家預(yù)言半導(dǎo)體材料發(fā)展的第四次浪潮已經(jīng)出現(xiàn)，認(rèn)為InP及其相 關(guān)材料能夠很快替代砷化鎵的化合物半導(dǎo)體技術(shù)，用于高性能、大批量商 業(yè)應(yīng)用中。確實，InP在光纖制造、毫米波甚至在無線應(yīng)用方面都明 顯地顯示出使人信服的優(yōu)于砷化鎵的性能優(yōu)點，我們相信這些優(yōu)點將使 InP與其它材料拉開差距，但由于其性價比和很多實際工藝問題，GaAs、InP所扮演的角色只是發(fā)揮其各自優(yōu)勢，與其他材料間沒有完全替代性的 關(guān)系。而且，化合物半導(dǎo)體材料的很多屬性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未被了解，還有待于進(jìn)一步深入探討。InP的發(fā)展之路還充滿了曲折與艱辛。但這一切正說明了 lnP繼續(xù)值得深入研究的重要性。

InP的主要應(yīng)用有以下幾個方面：

光通信中所用的石英光纖的最小損耗波長是在1．3斗m～1．55I．tm。因此 這是光纖通信的兩個主要窗口，前者用于短距離局域通信網(wǎng)，后者用于長 距離高速率的光通信系統(tǒng)。因為這些系統(tǒng)中必需的III．V族三元、四元合 金lnGaAs光探測器、InGaAsP激光器等在這個波長范圍，而lnP與這些合 金晶格匹配。因此InP就是生產(chǎn)光通訊中InP基激光二極管(LD)，發(fā)光 二極管(LED)和光探測器等的關(guān)鍵材料，這些器件實現(xiàn)了光纖通信中信 息的發(fā)射、傳播、放大、接收等功能。事實上，目前全球高速互聯(lián)網(wǎng)就是建立在這些器件的基礎(chǔ)上的。

InP也非常適用于高頻器件，如高電子遷移率晶體管(HEMT)和異質(zhì) 結(jié)雙極晶體管(HBT)等方面。因為與InP晶格匹配的lnGaAs外延層的載 流子濃度和電子遷移率非常高，超過與GaAs晶格匹配的A1GaAs，這些作 為高頻器件的lnP基器件在超過幾十GHz的頻率范圍有很大的應(yīng)用前景。InP基器件在毫米波通訊、防撞系統(tǒng)、圖像傳感器等新的領(lǐng)域也有廣泛應(yīng) 用。集成激光器、光探測器和放大器等的光電集成電路(OEIC)是新一代 40Gb／sec通信系統(tǒng)必不可少的，可以有效提升器件的可靠性和減小器件的尺寸。OC．768(Optical Carrier 768，光載波768是SONET規(guī)范中定義的 傳輸速度。OC．768定義為光設(shè)備的傳輸速度為OC．1的768倍)作為寬帶 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的一部分，是最快的同步光纖網(wǎng)絡(luò)(SONET)的光纖數(shù)據(jù) 傳輸標(biāo)準(zhǔn)速度。為了適應(yīng)日益增長的帶寬需求，OC．768采用了密集波分復(fù) 用(DWDM)來在同一光纖上傳輸多重數(shù)據(jù)通路。新的DWDM系統(tǒng)現(xiàn)在 發(fā)展到每根光纖以10 Tbps的速度傳輸。這相當(dāng)于一根光纖的理論容量能 夠同時支持一個激活的Internet連接到美國的每個家庭。而OC．768的材料、元件基礎(chǔ)就是lnP基相關(guān)器件。隨著能帶工程理論、超薄材料工藝技術(shù)及深亞微米制造技術(shù)的進(jìn)展越來越顯示出其異乎尋常的特性，成為毫米波高端器件的首選材料，受到廣泛的重視，特別受到軍方的青睞。

InP的帶寬在1．4eV附近，因此可以制成高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。并由于其具有高抗輻射性能被用于空間衛(wèi)星的太陽能電池。

以上這些情況使得磷化銦在目前現(xiàn)有的應(yīng)用基礎(chǔ)上能有更多可開發(fā)的 應(yīng)用前景，比如，在共振隧穿器件方面的最新進(jìn)展。而所有的這些應(yīng)用都 基于高質(zhì)量的InP襯底的提供。因此，開展InP材料的合成、單晶生長以 及特性研究對制備高質(zhì)量InP基器件就特別重要。

目前研究的重點主要集中在以下幾個方面：①發(fā)展InP多晶的直接合 成技術(shù)，簡化合成工藝、降低成本。②發(fā)展大直徑InP單晶制備技術(shù)，減 少孿晶，提高成晶率降低成本。③降低大直徑InP單晶的位錯密度。除采 用垂直梯度凝固技術(shù)(VGF)和汽壓可控直拉(VCz)等工藝外，改善熱場結(jié) 構(gòu)，減少熱應(yīng)力，控制摻雜條件等工藝措施也可以實現(xiàn)這一目標(biāo)。④完善 4英寸的InP晶片制備技術(shù)。尤其是改善材料表面質(zhì)量。⑤提高半絕緣InP 單晶片的熱穩(wěn)定性，減少摻雜劑Fe的使用量。這也就是本論文主要研究的 課題內(nèi)容。

1．2 InP半島特材料的基本性能

磷化銦(InP)是由III族元素銦(In)和V族元素磷(P)化合而成 III-V族化合物半導(dǎo)體材料。InP具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)5．869A。常溫 下禁帶寬度1．35eV，直接躍遷型能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)射波長0．929m，熔點溫度1335K。lnP與三元合金lnGaAs以及四元合金InGaAsP晶格匹配。這就是 為什么磷化銦作為波長在1．3．1．55微米光纖通信中的激光器和光探測器和 像HEMT、HBT等高頻電子器件所必需的襯底材料。InP的帶寬正好適合 高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。具有同樣晶格常數(shù)的InGaAsP的帶寬可以從 1．35eV轉(zhuǎn)變?yōu)?．74eV(0．9．1．7微米)。通過改變InGaAsP的組分，它可以獲得和InP襯底一致的晶格常數(shù)以適合光纖通訊所需的波長。

InP的晶格可以看作是兩個互穿的面心立方晶格，其中一個是由In 原子構(gòu)成，另一個是由P原子構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)也可看成In原子所構(gòu)成的面 心立方晶格與P原子所構(gòu)成的面心立方晶格沿體對角體(<“1>方向)互 相位移(1／4，1／4，1／4)套構(gòu)(穿插)而成。因此，In原子被四個磷原子圍 繞，形成四面體結(jié)構(gòu)，如圖1．1。這種結(jié)構(gòu)除每個原子最近鄰是異種原子 外，與金剛石結(jié)構(gòu)是相同的，每個原子最近鄰有4個異種原子，配位數(shù)為 4。若該原子位于一正四面體中心，則其最近鄰的異種原子處于正四面體的 項角，其化學(xué)鍵為四面體鍵，鍵角為1 09。28 7。因為閃鋅礦結(jié)構(gòu)是立方 結(jié)構(gòu)的一種，在使用(001)晶向襯底時，是四路對稱解理的，因此特別適 合生產(chǎn)激光器件所需的做為激光諧振鏡面的平行解理面。

圖1．1 InP晶格結(jié)構(gòu)及晶向示意圖

從圖1．1可以看到，所有(1l 0)面(族)上都包含In，P兩種原子，而所有(1 11)面(族)上都只包含P或ln一種原子。共有8個(11 1)面，4個是(11 1)A面只包含In原子，另4個是(1l 1)B面，只包含P原子，在方向上，InP晶體是由一系列In，原子和P原子組成的雙原子層依 次排列而成的。故其與兩個晶向是不等價的，使其沿 方向具有極性。InP在熔點溫度附近1335±7K時，磷的離解壓為27．5atm，因此InP 多晶的合成相對比較困難。從目前的報道看，自然界中尚未找到天然形成 的InP塊狀晶體材料。但是人們還是發(fā)明了許多方法用以合成InP多晶和 4 第一章緒論 生長InP單晶。圖1．2給出了lnP的能帶結(jié)構(gòu)示意圖，表1．1給出了InP的 能帶參數(shù)。

圖1．2磷化銦的能帶結(jié)構(gòu)及載流子濃度

表1．1 InP能帶的基本參數(shù)

表1．2 InP材料的基本參數(shù)

磷化銦的分子量為145．795，密度為4．7879／cm3，顯微硬度為 435士20／mm。磷化銦單晶質(zhì)地軟脆，呈銀灰色，有金屬光澤。常壓下磷化 銦為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，在壓力≥13．3GPa時，其結(jié)構(gòu)變?yōu)镹aCI型面心立方結(jié)構(gòu)，空間群為05h-Fm3m。磷化銦的硬度比硅、磷化鎵、砷化鎵等小。這是磷 化銦比硅、磷化鎵、砷化鎵更易碎的主要原因，因而磷化銦的晶片厚度的 規(guī)格就要比硅厚很多。SEMI(國際半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)組織)規(guī)定了磷化銦的晶片 尺寸和標(biāo)準(zhǔn)。常溫下磷化銦是穩(wěn)定的，在長時間范圍的觀察，常溫下，表面氧化速 度很慢。在360℃以上開始有離解現(xiàn)象，但800℃開放式退火10小時，表 面離解不明顯。1 000℃以上離解加快，在1 062℃(熔點)的離解壓為 2．75MPa。磷化銦在空氣中加熱時生成氧化膜。磷化銦與鹵素發(fā)生反應(yīng)，溶于C12、Br2的有機(jī)溶劑(如甲醇或乙醇)可作為InP的拋光腐蝕劑。磷化銦可溶于王水、溴甲醇。

磷化銦在室溫下可以與鹽酸發(fā)生反應(yīng)。對于(100)InP材料，鹽酸是 一種很有效的腐蝕劑，各向異性的腐蝕特性非常明顯。InP與HC!．HN03 的混合液、氫鹵酸．雙氧水系也起反應(yīng)，可作為腐蝕劑，用于厚度控制不嚴(yán) 格的表面拋光。含有Br2的氫鹵酸與InP反應(yīng)很快，其腐蝕速率在室溫附近與溫度關(guān)系不大，而是隨Br2含量的增加而提高。以前的InP化學(xué)機(jī)械 拋光大量使用Br系的溶液，近期發(fā)展出一些無Br系的腐蝕液。磷化銦與堿性溶液發(fā)生反應(yīng)，但反應(yīng)速度緩慢。一般不做腐蝕液。

第二章 InP的加工合成技術(shù)

2．1合成InP多晶方法簡介

高純、近化學(xué)配比、無夾雜的InP多晶料是生產(chǎn)高質(zhì)量InP的前提條 件。InP晶體的很多特性，都與起始原料，即多晶材料的特性相關(guān)，如材 料的配比度，材料的純度，對晶體生長，晶體的電學(xué)表現(xiàn)，晶體的完整性，均勻性等都有很大的影響。從圖2.1給出的磷的蒸汽壓與溫度之間的函數(shù) 關(guān)系來看，在熔點溫度1062℃下lnP材料具有很高的離解壓，大約為2.75MPa，此時，磷的蒸汽壓超過了10Mpa，因此在單晶生長爐內(nèi)像GaAs 那樣將磷和銦直接合成磷化銦多晶非常的困難。因此，一般要在高壓爐內(nèi) 用高純銦和高純紅磷首先合成InP多晶料，然后再進(jìn)行晶體生長工作，但 是能夠?qū)崿F(xiàn)原位或準(zhǔn)原位合成連續(xù)拉晶一直是科學(xué)家研究的方向。目前，已有多種合成InP多晶料的方法，包括：溶質(zhì)擴(kuò)散合成技術(shù)(SSD)，水平布里奇曼法(HB)，水平梯度凝固法(HGF)和原位直接合成法(In-situ Synthesis)包括磷注入法、磷液封法等。

圖2．1磷蒸汽壓與溫度之間的關(guān)系

2．1．1溶質(zhì)擴(kuò)散法合成(SSD)溶質(zhì)擴(kuò)散法(SSD)1229-232]最早被用于GaP的晶體生長和InP的多晶合成。圖2．2給出了SSD法合成InP的基本形式和溫度曲線。SSD法從富 銦的熔體中生長的InP晶體所用的溫度較低(900．1000℃)。In和P在真空 下密封在一個石英安瓿中，將P加熱到一定溫度以使P蒸氣的壓力低于一 個大氣壓。P蒸氣溶解于In熔體中，直至達(dá)到飽和。由于坩堝底部的溫度 低于In熔體表面的溫度，溶解的P從熔體表面擴(kuò)散到坩堝底部。當(dāng)坩堝底 部的P增加并超過其溶解度時，就從坩堝底部合成并析出InP多晶。SSD 技術(shù)的優(yōu)點在于生長溫度低，有效的避免了Si的沾污，因此提高了純度，用這種方法合成的多晶的載流子濃度可以達(dá)到10‘4cm。的水平。早期的結(jié) 果認(rèn)為使用SSD技術(shù)生長的InP比HB法等其他方法的純度更高。SSD技 術(shù)的缺點是和HB法相比合成量太少、速度太慢，目前基本不再使用。這 是因為P在In熔體中的擴(kuò)散系數(shù)很小，而擴(kuò)散又是SSD合成技術(shù)的主要 機(jī)制。使用這種方法成本太高，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，而從純度方面 講，其他合成方法通過改進(jìn)工藝條件也可以達(dá)到需求。

圖2-2 SSD法合成磷化銦示意圖

2．1．2水平布里奇曼法(HB)和水平梯度凝固法(HGF)合成

在磷化銦晶體研究的早期許多研究者對水平布里奇曼法(HB)和水平梯度凝固法(HGF)合成磷化銦進(jìn)行了廣泛的研究1233J。這種方法是使磷蒸 汽和銦熔體反應(yīng)合成磷化銦多晶。當(dāng)銦熔體的溫度高于磷化銦熔體的熔點，磷蒸汽就被銦熔體吸收，直到銦熔體全部轉(zhuǎn)變?yōu)榱谆熑垠w。因為銦熔體 的溫度比熔點的溫度高，而且P蒸汽與In熔體的接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SSD 法，因此合成速率比SSD法要高，但是從石英安瓿產(chǎn)生的Si的沾污也比較明顯。通過采用pBN(熱解氮化硼)舟可以大幅降低Si的沾污。但合成 時間仍相對較長，早期的工作中的一個重點就是防止由于壓力不平衡造成 的“炸管”現(xiàn)象，現(xiàn)在由于壓力傳感器和計算機(jī)控制的使用，使得采用 HB／HGF合成InP的技術(shù)相當(dāng)成熟。目前，工業(yè)上合成InP多晶的主要方 法即為HB／HGF法。目前可達(dá)到的合成時間和合成量為1 OO小時合成4KgInP多晶。目前，工業(yè)生產(chǎn)InP多晶時使用的三溫區(qū)加熱的高壓HB法合成裝置 如圖2．3所示。其目的是克服以前的HB／HGF法的缺點。爐體采用高壓釜 形式，內(nèi)部爐體有三個區(qū)域，即銦熔化區(qū)，合成區(qū)和磷蒸氣控制區(qū)。高純 In在一石英舟或pBN舟內(nèi)，高純紅P密封在一石英安瓿內(nèi)加熱。高壓釜 中加入惰性氣體如N2或Ar2，一般管內(nèi)的P壓要稍大于管外壓力，通過壓 力傳感器的精確控制和計算機(jī)控溫系統(tǒng)，使磷蒸汽從安瓿的一側(cè)按照溶解 度溶解到銦熔體中。在高頻加熱區(qū)的溫度最高，但是仍然低于磷化銦的熔 點，由于提高了溶解度，熔體中的磷不斷增加，直至合成出配比多晶。

圖2．3合成InP多晶用HB技術(shù)示意圖

在HB技術(shù)中，為了能夠得到理想純度的InP多晶，無多余的In夾雜，而且合成速度理想，必須優(yōu)化以下的參數(shù)：(1)In熔體的溫度；(2)P蒸 氣的壓力；(3)舟的運動速度；(4)合成區(qū)的溫度；(5)合成配比量；(6)舟的材料。In熔體的溫度越高，P的溶解度越大，這樣富P的可能性將降 低。但另一方面，由于溫度的升高，In與舟反應(yīng)，Si進(jìn)入In熔體中，合 成的多晶料的純度會降低。Si的沾污以兩種方式發(fā)生。一是In與石英舟的 直接反應(yīng)，如式：

可以通過加入In203防止此反應(yīng)的發(fā)生。然而，加入In203會增加In熔體 中的O含量。發(fā)生Si沾污的另外一條途徑是通過In蒸氣。盡管In的蒸氣 壓低，但它與舟壁反應(yīng)并產(chǎn)生SiO氣體。SiO氣體與In熔體反應(yīng)并使Si 進(jìn)入熔體。Janson考慮了SiO氣體與ln熔體的熱動力學(xué)。這些反應(yīng)可以表達(dá)如式(2-2)和式(2．3)、(2．4)：

由于Si元素的沾污，使得InP多晶中的主要雜質(zhì)就是Si。當(dāng)使用6N銦，6N磷的原材料時，通常只能得到剩余載流子濃度n=ND--NA=1～5 X l 016 cm一，遷移率ll～3500 cm2／V．s(300K)量級的InP多晶材料。Yamamoto等通過研究在InP多晶中摻雜Si的分凝，證實了Si是主要 雜質(zhì)。Dean等認(rèn)為主要的施主雜質(zhì)是S或者本身的缺陷1236J。使用pBN舟 可以使載流子濃度達(dá)到1015 cmo的量級，甚至有報道可以達(dá)到5 X 1014 cm。的水平[64,2371。P蒸氣的壓力越高，InP多晶越少富In，但是石英管炸裂的可能性就 越大，瞬間壓力變化也容易產(chǎn)生。在多晶生長的過程中，In熔體中的P飽 和，InP就會沿液相線溫度從飽和的In熔體中析出。如果舟的運動速度比 析出速度快，那么In熔體在生長界面上來不及反應(yīng)而形成富In。合成區(qū)的 溫度會影響純度和生長速度。當(dāng)此溫度增加時，生長界面處的熔體中P的 飽和成分與液相線的溫度增加會使生長速度增加，而且析出的In會減少。然而合成區(qū)的溫度增加，從前述純度的角度來說是不希望發(fā)生的，即會造 成Si的沾污。因此合成區(qū)溫度的增加顯然會增加InP多晶中的載流子濃度。通過優(yōu)化前述的合成參數(shù)，可以得到少富In或者不富In的多晶InP。如果 采用pBN舟進(jìn)行HB法合成，也能得到高純的InP多晶。而且，目前的脫 舟技術(shù)也越來越成熟，使得使用pBN舟的成本得到有效的控制。Yashida等開發(fā)了一種梯度凝固法來合成多晶和晶體生長。在一個經(jīng)過噴砂和打磨的石英舟中將銦和磷合成多晶，防止了多晶料粘在石英面上，而且防止了Si的沾污。然后經(jīng)過梯度凝固可以生長晶體。用這種石英舟獲 得的多晶料的載流子濃度可以達(dá)到5X 1015cm。的水平。

但是HB／HGF技術(shù)，從原理上還是一種通過溶解進(jìn)行合成的方法，工 藝上合成量越大則合成時間越長，Si的沾污也越明顯(可能來自石英管壁)，并且“炸管”的可能性也越大，并且無論什么形式的合成舟，增加In的重 量都非常困難，而且增加石英管的直徑，勢必要求更大口徑的高壓釜，成 本也將迅速增加。目前，InPact公司的常規(guī)合成量僅1．25Kg，錠條長 300mmI配J。其他公司采用的合成量也基本在1．4Kg，使得用這種方法合成 lnP的成本始終居高不下，這也說明，高純In、P和高純Ga、As的單位價 格接近，而InP晶片高于GaAs晶片5．10倍的重要因素。

2．1．3直接合成法

直接合成技術(shù)為在更快的合成速度下生產(chǎn)更高純度的InP晶體提供了可能，是InP合成方法的發(fā)展方向。對于直接合成，已經(jīng)研究了三種方法：磷蒸氣注入技術(shù)；液態(tài)磷液封技術(shù)；在壓力非常高的腔內(nèi)直接合成銦和磷。

盡管三溫區(qū)HB法被用于工業(yè)化生產(chǎn)磷化銦多晶，但是由于在高壓容 器內(nèi)用磷注入法合成多晶的速度快、成本低，因此很有可能成為一種非常 可行的方法。由于這種方法所具有的明顯的優(yōu)點，所以很多研究者開展了廣泛的研究。用這種注入法，磷與銦的反應(yīng)非常快，因此快速合成完全可以實現(xiàn)。而且這種方法也非常容易增加產(chǎn)量，因此這種方法有可能在未來 成為大規(guī)模生產(chǎn)磷化銦多晶所使用的方法。實際上Bliss等為此已經(jīng)開發(fā)了一個新的系統(tǒng)[243]。然而，這種方法因為很難找到磷注入時的合適的熔點溫度因而很難獲得配比的多晶。如果這種方法要成為工業(yè)化生產(chǎn)所用的 話，配比熔體的控制度就是最關(guān)鍵的技術(shù)之一。Inada等發(fā)明了一種多晶合成和晶體生長同步的方法。其反應(yīng)原理見圖2.4，合成示意圖見2．5。用這種方法銦和磷都放在坩堝中。坩堝頂部蓋有一個加熱罩。這樣使得在這個溫區(qū)磷蒸汽加熱分解到這個壁后形成液態(tài)的磷。這樣液磷滴到銦熔體中與銦進(jìn)行瞬間反應(yīng)，直到全部反應(yīng)為磷化銦熔體。剩下的液態(tài)磷作為液封劑防止晶體生長中磷的離解。多晶合成后晶體生長可以不經(jīng)冷卻連續(xù)生長。該方法基本實現(xiàn)了原位合成，連續(xù)拉晶的概念，但因為固態(tài)紅磷在轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)磷的過程中，會有大量的揮發(fā)，使得使用石英觀察窗進(jìn)行晶體生長的觀察，基本不可能，所以，為了解決這個問題，他們采用了X射線掃描技術(shù)，來觀察籽晶接觸和生長情況。該方法在工藝尚未成熟前的摸索階段，工序中大量的磷損失，且將形成大量的 白磷，極劇毒性，且易自燃，而晶體生長過程大量使用X射線，不僅造成工藝成本過大，而且，將對操作人員造成傷害，因而，該工藝開展的時間不長。

圖2．4磷液封合成技術(shù)原理圖

圖2．5磷液封原位合成、拉晶示意圖

V．Prasad等開發(fā)了一種在極高壓下原位合成InP，之后用MLEK技術(shù)連續(xù)拉晶的工藝。而且開展了熔體富磷的單晶生長工作。從成本角度講極高壓方法合成InP也不適合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

2．2磷注入合成InP多晶

2．2．1磷注入合成InP原理

對InP晶體生長而言，由于磷的過高的蒸汽壓因而迄今沒有如GaAs 系統(tǒng)中完整的P．T-X的相圖。圖2-6(a)示出磷化銦的壓力．溫度相圖，圖 2-6(b)示出磷化銦的組分．溫度相圖。詳細(xì)的相圖從缺陷形成的角度仍在 進(jìn)行討論。非配比范圍的磷化銦現(xiàn)在還不是非常清楚，但是利用庫倫滴定 法進(jìn)行的初步研究表明這個范圍比砷化鎵要窄。從表2．1可以看出與砷化 鎵相比磷化銦的組分偏離是非常小的。圖2．7顯示了非配比的磷化銦的范 圍遠(yuǎn)小于砷化鎵的配比情況。這可能就是磷化銦不能形成像砷化鎵的EL2 那樣的原生缺陷的原因。關(guān)于從富磷熔體中生長的InP材料的有關(guān)研究，由于工藝上的難度，其深度和廣度都不如從富銦熔體中生長的InP材料那 樣詳細(xì)。

表2．1 InP庫侖滴定測試

圖2．7磷化銦固液相線示意圖

從原理上講，磷注入合成是一種原位(或準(zhǔn)原位)直接合成技術(shù)。無 論其注入形式如何，基本過程就是依據(jù)磷的相圖，逐漸增加磷源爐的輸入功率(或熔體溫度)，使紅磷以適當(dāng)?shù)乃俾势⑷氲姐熑垠w內(nèi)，在lnP的 熔點溫度(1335K)附近，磷和銦發(fā)生反應(yīng)，合成得到不同化學(xué)計量比的InP 熔體。磷注入原理與化學(xué)反應(yīng)式(2．1)：

則銦和磷在InP的熔點溫度附近反應(yīng)方程式為(2-2)：

從壓力平衡角度講，為了保證合成順利進(jìn)行，則P泡內(nèi)的壓力要大于外壓。這種壓力關(guān)系表現(xiàn)在式(2-3)和(2-4)，圖2．12 In—InP液相線上的磷的濃度與溫度的比

只有通過深入了解InP體系的各種熱物理條件，建立高溫、高壓下磷 注入系統(tǒng)內(nèi)部固、液、氣多相熱物理模型，才能真正將工藝上升為理論。圖2．8所示的是溫度與熱容的關(guān)系。

圖2-

9、圖2．

10、圖2．

11、圖2．

12、圖2．13所示的是與蒸汽壓有關(guān)的 數(shù)據(jù)。

圖2-1 1 lnP最佳分壓與In．P液相線上的氣態(tài)銦、P2和P4的溫度倒數(shù)的比

圖2．12 In—InP液相線上的磷的濃度與溫度的比

圖2一13根據(jù)不同種類的平衡線計算的分壓

以上各圖揭示的各種關(guān)系，對于合成高質(zhì)量InP多晶具有很大幫助。通過這些數(shù)據(jù)，可以看出，InP熔化時的特性非常重要。

2．2．2磷注入合成方法

高純InP是制備高質(zhì)量InP的前提條件，決定著InP單晶材料的應(yīng)用 和發(fā)展。InP單晶的純度不僅影響其電學(xué)性質(zhì)，而且影響器件質(zhì)量，因此 制備摻Fe半絕緣InP單晶時，希望材料越純越好，以便盡可能降低Fe的 摻雜量而得到半絕緣性質(zhì)的InP材料。低Fe含量的半絕緣InP單晶對于電 子器件的制造具有十分重要的意義。這只有通過使用高純lnP多晶來制備。已經(jīng)證明：通過對高純非摻雜InP單晶片退火可獲得半絕緣InP單晶片。由此可見高純InP材料的制備是十分重要的。

InP的合成需要在高溫、高壓的環(huán)境中進(jìn)行，工藝難度相當(dāng)大，但人們還是發(fā)明了許多方法用以合成lnP多晶。早期，包括高壓爐內(nèi)使用水平布里奇曼技術(shù)(HB)和梯度冷卻技術(shù)(GF)進(jìn)行合成及SSD技術(shù)都不能 滿足人們對材料純度的要求，而且，人們認(rèn)為最好的多晶合成技術(shù)應(yīng)該能 生成出高純度的多晶，盡可能少量銦殘余和快的合成速度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)，合成后即連續(xù)可以進(jìn)行晶體生長，這就要求進(jìn)行原位合成。但顯然，InP 無法像GaAs那樣將兩種元素放在一起直接合成。這樣，人們受到其他工 藝中的一些現(xiàn)象的啟發(fā)，發(fā)明了磷注入式合成技術(shù)。并開展了多種形式的 探索。國際上，l 970年代初，F(xiàn)ischer等最早提出了注入式合成的概念，早期，該技術(shù)是應(yīng)用于GaP材料的合成【24引。其原理見圖2．14。到1980年NATO 組織的lnP會議上Wardill等提出可以將該技術(shù)用于lnP合成

隨后，J．P．Farges，G．W．Iseler，G．A．Antypas等都開展了有關(guān) 磷注入合成的早期研究。

國內(nèi)，孫同年等在1968年前后已經(jīng)完成比較成熟的注入式合成GaAs 的工作。1970年開展了InP合成爐的設(shè)計，已經(jīng)將該技術(shù)作為主要因素，設(shè)計到爐子的結(jié)構(gòu)中。1975年該組設(shè)計成功我國首臺高壓單晶爐，后獲得 全國科學(xué)大會獎。1 976年生長了國內(nèi)首根InP單‘晶，同時在國際上率先完 成了磷注入合成，連續(xù)拉晶工藝，該工作于1977年柳州召開的全國GaAs 及III．V族材料會議上發(fā)表，并獲得國家發(fā)明獎[238,2391。1982年首次在國際上發(fā)表，并多次被國際同行引用。雖然，由于時處特殊歷史時期，很多文獻(xiàn)、記錄有些模糊，但我國科學(xué)家在該領(lǐng)域所傲的開拓性工作，意 義重大，在InP的發(fā)展史上已成為一個里程碑。圖2.5給出了我國設(shè)計的 P注入合成連續(xù)單晶生長的高壓單晶爐的示意圖。圖2.6為我國最早的高 壓單晶爐照片。

孫同年等毆計制造的球形高壓單晶爐與國際上通用的鐘罩式單晶爐和 筒形單晶爐結(jié)構(gòu)不同，其為球形門結(jié)構(gòu)．使得其內(nèi)部空間較大，在爐體內(nèi) 設(shè)計安裝兩只供磷注入合成的機(jī)械手，因此該單晶能夠首先采用原位磷注 入法合成不同化學(xué)計量比的InP熔體。合成結(jié)束后，操作機(jī)械手移開磷源 爐，然后引入籽晶，利用LEC法從不同化學(xué)計量比的InP熔體中生長InP 單晶。該高壓單晶爐的另一顯著特點為其采用側(cè)開門結(jié)構(gòu)，使得裝料方便，另一對稱側(cè)有強(qiáng)力捧風(fēng)系統(tǒng)，可以迅速將爐內(nèi)的揮發(fā)性氣氛捧出。國際上，根多科學(xué)工作者開展了各種形式的P注入合成的探索。比如-Farges借鑒了Sun等的工藝柚魄出了兩種磷注入合成的模式。一是將磷 泡固定在耔晶桿上，待熔體溫度達(dá)到要求時，下降耔晶桿將磷泡插入熔體 中，靠熔體的溫度來對磷泡進(jìn)行烘烤，進(jìn)行合成。后來，其他一些單位借 鑒了該方法，在磷泡上加上電阻絲．使得烘烤和磷源爐加熱，使得磷蒸氣 注入到銦熔體中，生成lnP熔體。該方法的示意圖見圖2-17。

第二種模式是磷泡置于坩堝上方，籽晶桿穿過磷泡中部，首先下降磷 泡(外置磷源爐)，通過兩方面的加熱使得紅碡氣化，注入到銦熔體中，進(jìn)行化合反應(yīng)，圖2-】8給出了這種形式的兩個示意圖。待合成后，提升磷泡 和磷源爐，下降籽晶，進(jìn)行單晶生長，但是園為爐內(nèi)行程所服，一般采取 基本不提拉的LEK技術(shù)進(jìn)行單晶生長，此時還可以增加磁場．進(jìn)行MLEK 單晶生長。該技術(shù)得到了Bliss等的較好的笈展。并于紐約州立大學(xué)石溪 分校的研究人員開展了熱場和磷泡運動的熱分布的計算機(jī)模擬，給出了傳 輸機(jī)制。Bliss和Jafri等I$2,2461給出了利用這種方式合成InP并連續(xù)拉晶的示意 圖．見圖2．19。

由于LEK技術(shù)對于生長lnP單晶來講，具有較大的難度，且晶體所受 的熱應(yīng)力相當(dāng)太，晶體品質(zhì)難以保證，故而，在美國軍方的支持下，Bliss聯(lián)合GT公司和紐約州立大學(xué)石溪分校的研究人員一起設(shè)計了一個新型的 能夠原位合成，且連續(xù)拉晶的大型單晶爐[52,53,2431。該單晶爐的示意圖和操 作過程見圖2．20。該單晶爐分為三個爐室，晶體合成、生長室；磷源爐室； 籽晶室，該單晶爐還可以加裝磁場。以改善大直徑單晶生長的熱對流條件。該爐可以實現(xiàn)1 5Kg的InP合成和6英寸lnP單晶生長，實際在近7小時 左右合成了3Kg高純InP多晶，連續(xù)單晶生長的結(jié)果，未見報道。其使用 的磷源爐和磷泡裝架使用不銹鋼，并在磷泡上布置了多個壓力和溫度傳感 器，以精確控制磷注入速度。其合作者Zhang等在多區(qū)域自適應(yīng)網(wǎng)格計算 方法的基礎(chǔ)上，對InP的注入式合成過程中的輸運過程進(jìn)行了計算，獲得 了很多有益的結(jié)果124卜25 01。

圖2．2l顯示了另外一種磷注入合成的形式。其將磷源爐和磷泡放 在加熱器的一側(cè)，首先，提升坩堝，使注入管插入熔體中，通過控制磷源 爐的加熱功率，使磷蒸氣注入到銦熔體中進(jìn)行化合，形成InP熔體，合成 結(jié)束后，下降坩堝使得注入管脫離熔體，然后下降籽晶，進(jìn)行InP生長。英國MCP公司發(fā)展了一種大容量合成InP‘的方法【165|。如圖2．22。該 方法在常規(guī)筒形單晶爐外側(cè)連接了一個水平高壓加熱爐，合成時，磷注入 管推到坩堝上方，然后翻轉(zhuǎn)1800，注入管插入到熔體中，水平爐內(nèi)的磷容 器經(jīng)多段加熱，形成磷蒸氣，與銦熔體反應(yīng)，化合成InP。合成后，再翻 轉(zhuǎn)注入管，將磷容器拉回起始位置，之后，還可以下降籽晶，進(jìn)行單晶生 長。利用這種方法，實現(xiàn)了一次合成1 1 Kg多晶InP，但材料純度不夠高。

以上給出了多年來不同科學(xué)工作者在磷注入合成方面的一些思路，磷 注入合成技術(shù)可以說是最接近直接原位合成的技術(shù)，從各方面講，該技術(shù) 相對來說比較有優(yōu)勢，這是因為這種方法可以以比其他方法更快的速度來 進(jìn)行合成，而且可以降低生產(chǎn)成本，相對還比較安全，且可較容易的增加合成量。是未來磷化銦多晶合成的發(fā)展方向。

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第二篇：晶體硅電池漏電研究

【干貨】晶體硅電池漏電都有哪些原因？

2016-01-26

摘要本文描述了晶體硅太陽能電池片局部漏電現(xiàn)象，分析了晶體硅硅片及電池生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的漏電原因及預(yù)防措施。電池生產(chǎn)過程中刻蝕不完全或未刻蝕、點狀燒穿和印刷擦片或漏漿等情況會產(chǎn)生漏電，嚴(yán)重影響電池片的品質(zhì)，另外發(fā)現(xiàn)Si3N4顆粒、多晶硅晶界等也有可能造成電池片漏電。

關(guān)鍵詞：漏電流;點狀燒穿;印刷擦片;刻蝕不完全

太陽能發(fā)電由于其具有環(huán)保、高效、節(jié)能以及取之不盡、用之不竭等特點，已成為新能源中最受矚目的能源。太陽能電池是一個巨大的半導(dǎo)體二極管，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。目前，光伏行業(yè)中晶體硅太陽能電池還是占主導(dǎo)位置。晶體硅太陽電池主要分為兩種，一種是將圓柱形的單晶硅棒切割成單晶硅片;一種是通過鑄錠方式生成多晶硅片。單晶硅棒和多晶鑄錠的質(zhì)量很大程度上可以影響晶體硅電池片的質(zhì)量。隨著晶體硅電池利用的日益廣泛，晶體硅太陽電池局部漏電問題逐漸受到人們的關(guān)注與重視。因此晶體硅電池漏電原因的分析與討論成為晶體硅電池研究的熱點之一。

在晶體硅太陽電池生產(chǎn)過程中，部分晶體硅太陽電池難免會因為各種原因?qū)е戮植柯╇?，甚至短路。晶體硅片在制作生產(chǎn)過程中導(dǎo)致局部漏電主要原因為1)通過PN結(jié)的漏電流;2)沿電池邊緣的表面漏電流;3)金屬化處理后沿著微觀裂紋或晶界形成的微觀通道的漏電流[1]。本文主要探究了晶體硅電池漏電的原因，并進(jìn)行具體分析。

一、晶體硅太陽電池工作原理

如圖1所示，當(dāng)處于開路的情況下，當(dāng)光生電流和正向電流相等的時候，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)的費米能級比P區(qū)的費米能級高，在這兩個費米能級之間，P-N結(jié)兩端將建立起穩(wěn)定的電勢差Voc(P區(qū)為正,N區(qū)為負(fù))。如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個電流稱作短路電流，只要光生電流不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，P-N結(jié)起到了一個電源的作用。這就是太陽能電池的工作原理[2]。來源：Solarbe 作者：李吉，靳迎松，嚴(yán)金梅，王惠，麻增智，趙江雷

圖2是利用P/N結(jié)光生伏特效應(yīng)做成的理想光電池的等效電路圖。

圖中把光照下的p-n結(jié)看作一個理想二極管和恒流源并聯(lián)，恒流源的電流即為光生電流IL，由于前面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，基區(qū)和頂層都不可避免的要引入附加電阻。流經(jīng)負(fù)載的電流，經(jīng)過它們時，必然引起損耗。在等效電路中，可將它們的總效果用一個串聯(lián)電阻RS來表示。由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時，在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻RSH來等效。本文主要研究的就是在實際太陽電池生產(chǎn)中的漏電原因[3]。

二、晶體硅太陽電池漏電分析

從晶體硅太陽電池生產(chǎn)工藝流程看，以下幾個因素與電池片漏電有關(guān)：1)刻蝕不完全或未刻蝕;2)點狀燒穿;3)印刷擦片或漏漿。對上述三方面進(jìn)行實驗研究，在研究過程中發(fā)現(xiàn)除了以上三種漏電原因外，還有Si3N4顆粒、多晶晶界等也會造成電池片漏電[4,5]。

1刻蝕不完全或未刻蝕造成的漏電

擴(kuò)散工藝中在硅片的上表面和周邊都擴(kuò)散上了N型結(jié)，如果不去除周邊的N型結(jié)會導(dǎo)致電池片正負(fù)極被周邊的N型結(jié)聯(lián)接起來，使電池正負(fù)極接通，起不到電池的作用了，我們用等離子刻蝕去除太陽能電池的周邊結(jié)，其腐蝕反應(yīng)方程為：

CF4------C+4F*(1)Si+4F------SiF4* ↑(2)

等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。

如果硅片未刻蝕或刻蝕不完全沒有及時發(fā)現(xiàn)，并且下傳印刷，將產(chǎn)生局部漏電的電池片，我們可以通過IR紅外熱成像儀，判斷局部漏電硅片是否刻蝕原因產(chǎn)生的。

IR紅外熱成像儀的工作原理是在連接電池片的正負(fù)極時，使電池片上會形成一個電流回路，當(dāng)有區(qū)域漏電時，該區(qū)域的電流就會特別大，產(chǎn)生的熱量就會比較多，紅外成像儀可以根據(jù)硅片表面產(chǎn)生的不同熱量轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)而在顯示器上形成熱圖像，可以對發(fā)熱的異常區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的識別。

刻蝕不完全或未刻蝕的硅片在IR下表現(xiàn)為電池片邊緣發(fā)紅，如圖3所示?？涛g不完全或未刻蝕的電池片在進(jìn)行四周打磨后漏電流會減少到2A以下，如表1所示。

以上幾點可以判斷為刻蝕不完全或未刻蝕造成的?？涛g不完全主要是由于硅片邊結(jié)由于設(shè)備原因或人為原因未去除干凈，導(dǎo)致漏電過大的異?，F(xiàn)象主要有以下原因：1)刻蝕功率過小;2)刻蝕時間不足;3)刻蝕壓力波動導(dǎo)致刻蝕不均;4)刻蝕時機(jī)臺故障，以致刻蝕未進(jìn)行完全;5)刻蝕時，硅片底部托盤未旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致刻蝕不均;6)人為原因，將未刻蝕硅片下傳;針對以上原因需要加強(qiáng)刻蝕機(jī)的監(jiān)控，增加人員的責(zé)任意識。

2點狀燒穿造成的漏電

點狀燒穿通常意義上指IR拍攝出呈現(xiàn)點狀發(fā)紅的漏電現(xiàn)象，具體表現(xiàn)如圖4所示，其主要由以下三種因素引起，1)隱裂引起的點狀燒穿;2)微隱裂引起的點狀燒穿;3)未知因素引起的點狀燒穿。

隱裂引起的點狀燒穿主要有兩種方式產(chǎn)生，1)擴(kuò)散前隱裂即在擴(kuò)散步磷源順著裂縫擴(kuò)散，從而導(dǎo)致上下導(dǎo)通，產(chǎn)生點狀燒穿;2)印刷前隱裂即在印刷過程中，漿料恰巧印過裂縫，銀漿通過裂縫滲透到背面產(chǎn)生點狀燒穿。對于由隱裂而產(chǎn)生的點狀燒穿，我們必須規(guī)范生產(chǎn)現(xiàn)場操作，盡量避免產(chǎn)生隱裂片的可能。比如裝舟卸舟時輕拿輕放，保持印刷機(jī)臺干凈平整等等。

微隱裂引起的點狀燒穿主要是因為硅片本身晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷，在燒結(jié)過程中會破壞晶體結(jié)構(gòu)，銀漿順著晶界滲透至基區(qū)，從而產(chǎn)生漏電。我們通常也稱此現(xiàn)象為微隱裂。判斷是硅片本身的缺陷還是晶體硅電池生產(chǎn)過程中導(dǎo)致的點狀燒穿，我們需要借助掃描電鏡進(jìn)行分析。

由掃描電鏡即掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，簡稱SEM)，主要用于觀察樣品的表面形貌、割裂面結(jié)構(gòu)、管腔內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)等，所獲得的圖像立體感強(qiáng)，可用來觀察樣品的各種形貌特征。

由SEM圖片可知：微隱裂正面與背面均存在凹槽缺陷，導(dǎo)致點狀燒穿，如圖5所示。對于此類由晶體缺陷引起的點狀燒穿，如果要降低其產(chǎn)生的可能性，則需要在進(jìn)料時加一道檢測工序，測量每片原料片的少子壽命分布，剔除異常片。但該工序費時費力，可行性有待進(jìn)一步商榷。

3擦片或漏漿造成的漏電

擦片主要是指在印刷過程中出現(xiàn)的印刷不良片用酒精等將柵線擦拭干凈后重新印刷的電池片。這些電池片如果沒有處理好，可以看到如圖6所示的形貌。在顯微鏡下觀察可以看到還有部分漿料殘留在硅片表面，IR圖像顯示有大面積漏電，EL圖像顯示表面有大面積污染，SEM圖像顯示可以看到密密麻麻的細(xì)點，這些細(xì)點即為銀漿，在擦片的過程中銀漿滲進(jìn)電池片里;小顆粒銀漿是團(tuán)狀銀漿在燒結(jié)過程中形成玻璃態(tài)造成的大面積漏電。

造成擦片漏電的原因主要為人為操作不規(guī)范導(dǎo)致的，1)人為的擦片破壞Si3N4膜面，使Si3N4鈍化效果失效;2)絨面凸起部分在人為摩擦過程中極易受損，使電池片p型裸露，印刷后直接與金屬電極導(dǎo)通發(fā)生短路;3)即使擦片后表觀看來已無漿料，但仍會有少量漿料殘留在絨面凹陷處，燒結(jié)后成為金屬復(fù)合中心，降低少子壽命，漏電明顯增大;4)擦片過程中難免使電池片四周沾到漿料，造成pn結(jié)導(dǎo)通，發(fā)生漏電。

漏漿主要包含邊緣漏漿和表面漏漿兩種，邊緣漏漿是指電池片四周沾到漿料，造成pn型導(dǎo)通，發(fā)生漏電如圖7所示;邊緣漏漿和刻蝕不完全只看IR圖像很難區(qū)分，必須在SEM或者基恩士下觀察方能準(zhǔn)確判斷。

表面漏漿是指電池片在印刷前有隱裂，印刷時隱裂處沾染上鋁漿，燒結(jié)時鋁漿隨銀漿一起被燒進(jìn)PN結(jié)，而導(dǎo)致PN結(jié)被燒穿，引起的漏電如圖8所示。平面圖上明顯看到漿料(紅色線條包圍的區(qū)域)，這些漿料以鋁漿為主。其他原因造成的漏電

Si3N4顆粒有可能造成漏電如圖9所示，Si3N4顆粒主要來源：1)鑄造多晶硅時在坩堝表面噴涂的Si3N4脫落融入硅錠所致;2)鍍膜時SiH4的含量偏高，形成Si3N4顆粒。Si3N4顆粒的晶粒貫穿電池片的層錯，使PN結(jié)導(dǎo)通而導(dǎo)致漏電。

晶界缺陷有可能造成漏電如圖10所示，其原因主要為1)雜質(zhì)原子容易在晶界位置集中，形成各類缺陷和復(fù)合中心;2)高溫擴(kuò)散的原子也容易沿著位錯和晶界形成微小的橋路漏電。

三、結(jié)論

分析了晶體硅硅片及電池生產(chǎn)階段可能產(chǎn)生的漏電原因及預(yù)防措施。在電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生漏電的主要原因為：1)刻蝕不完全或未刻蝕 2)點狀燒穿3)印刷擦片或漏漿等，嚴(yán)重影響電池片的品質(zhì)。在分析過程中還發(fā)現(xiàn)Si3N4顆粒、多晶晶界等也有可能造成電池片漏電，在以后的研究中也需要重點關(guān)注。

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第三篇：半導(dǎo)體照明相關(guān)研究參考論文

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

目前，在三個領(lǐng)域都富有經(jīng)驗的工程師并不很多，而這通常意味著系統(tǒng)工程師或者整體產(chǎn)品工程師的背景要和這三大領(lǐng)域相關(guān)，同時他們還需盡可能與其他領(lǐng)域的工程師協(xié)作。系統(tǒng)工程師常常會把自己在原有領(lǐng)域養(yǎng)成的習(xí)慣或積累的經(jīng)驗帶入設(shè)計工作中，這和一個主要研究數(shù)字系統(tǒng)的電子工程師轉(zhuǎn)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(rèn)識到：開關(guān)穩(wěn)壓器需要仔細(xì)檢查電路板布局；另外，如果沒有經(jīng)過試驗臺測試，實際的工作情況很難與仿真一致。在設(shè)計LED燈具的過程中，當(dāng)系統(tǒng)架構(gòu)工程師是位電子電力專家，或者電源設(shè)計被承包給一家工程公司時，一些標(biāo)準(zhǔn)電源設(shè)計中常見的習(xí)慣就會出現(xiàn)在LED驅(qū)動器設(shè)計中。

一些習(xí)慣是很有用的，因為LED驅(qū)動器在很多方面與傳統(tǒng)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(xí)慣于總想確保輸出電壓或電流的高精確度，但這對LED驅(qū)動器設(shè)計而言并不是很好的習(xí)慣。諸如FPGA和DSP之類的數(shù)字負(fù)載需要更低的核心電壓，而這又要求更嚴(yán)格的控制，以防止出現(xiàn)較高的誤碼率。因此，數(shù)字電源軌的公差通常會控制在±1%以內(nèi)或比它們的標(biāo)稱值小，也可用其絕對數(shù)值表示，如0.99V至1.01V。在將傳統(tǒng)電源的設(shè)計習(xí)慣引入LED驅(qū)動器設(shè)計領(lǐng)域時，通常帶來的問題是：為了實現(xiàn)對輸出電流公差的嚴(yán)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(dá)到100%，并且不占用空間。電力電子工程師習(xí)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(yù)算范圍內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。在進(jìn)行LED驅(qū)動器設(shè)計時也不例外，事實上它面對更大的預(yù)算壓力，因為傳統(tǒng)的照明技術(shù)已經(jīng)完全實現(xiàn)了商品化，其價格已經(jīng)非常低廉。所以，花好預(yù)算下的每一分錢都非常重要，這也是一些電力電子設(shè)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(shù)字負(fù)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(dāng)前大多數(shù)產(chǎn)品的電流范圍，特別是目前350mA（或者更確切地說，光電半導(dǎo)體結(jié)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(qū)動器的集成電路是硅基的，所以在1.25V的范圍內(nèi)有一個典型的帶隙。要在1.25V處達(dá)到1%的容差，亦即需要±12.5mV的電壓范圍。這并不難實現(xiàn)，能達(dá)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(dāng)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(diào)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(xiàn)這種做法的一個主要缺點是：負(fù)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(lián)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。

第四篇：稀磁半導(dǎo)體的研究

稀磁半導(dǎo)體的研究

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

關(guān)鍵詞：稀磁半導(dǎo)體 自旋電子學(xué) 半導(dǎo)體物理學(xué)

1.引言

信息的海量存儲和高速互聯(lián)，把人們帶入了信息時代。目前支撐信息技術(shù)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(dǎo)體芯片中電子的電荷屬性得以實現(xiàn)。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(xué)器件也即將達(dá)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(gòu)造將磁、電集于一體的半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體材料中,期待得到磁性半導(dǎo)體材料,制備出集磁、光、電于一體的,低功耗的新型半導(dǎo)體電子器件。

2.稀磁半導(dǎo)體簡介

稀磁半導(dǎo)體（DMS）又稱半磁半導(dǎo)體，是指在非磁性半導(dǎo)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(dǎo)體既利用了電子的自旋屬性和電荷屬性，所以稀磁半導(dǎo)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(dǎo)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(jī)物化學(xué)氣相沉積法（MOCVD）等多種工藝[4]。

3.稀磁半導(dǎo)體的性質(zhì)

稀磁半導(dǎo)體呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的自旋相關(guān)的光學(xué)性質(zhì)和輸運性質(zhì)，如巨塞曼效應(yīng)、巨法拉第旋轉(zhuǎn)、自旋共振隧穿和自旋霍爾效應(yīng)等．這些效應(yīng)為人們研究制備半導(dǎo)體自旋電子學(xué)器件提供了物理基礎(chǔ)[5]。

3.1.巨塞曼效應(yīng)和巨法拉第旋轉(zhuǎn)

巨塞曼效應(yīng)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(yīng)[6]。采用圓偏振抽運光照射半導(dǎo)體材料，當(dāng)一束線偏振的探測光透過材料后其偏振面會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，透射光偏振面的偏轉(zhuǎn)角稱為法拉第角(反射光稱為克爾角)．當(dāng)材料是稀磁半導(dǎo)體時，偏轉(zhuǎn)角要比非磁性半導(dǎo)體材料大1～2數(shù)量級．該現(xiàn)象被稱為巨法拉第旋轉(zhuǎn)．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(yīng) 近年來稀磁半導(dǎo)體材料在磁場下的輸運性質(zhì)有大量的研究，主要研究的是稀磁半導(dǎo)體結(jié)的隧穿和霍爾效應(yīng)。隧穿輸運方面主要是研究通過磁性半導(dǎo)體結(jié)的自旋注入．自旋注入是實現(xiàn)半導(dǎo)體材料自旋電子器件的首要問題。室溫下半導(dǎo)體材料中的自旋注入，目前實驗上有兩種實現(xiàn)途徑：一類是通過鐵磁金屬和半導(dǎo)體界面注入；另一類是通過稀磁半導(dǎo)體結(jié)隧穿注入．在輸運性質(zhì)方面，人們還在鐵磁半導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)了反?；魻栃?yīng)(或自旋霍爾效應(yīng))和各向異性磁電阻[7]。反?；魻栃?yīng)給我們提供了關(guān)于磁性半導(dǎo)體薄膜載流子自旋極化和散射機(jī)制的信息．通常稀磁半導(dǎo)體材料的磁化強(qiáng)度相當(dāng)小，由于反?；魻栃?yīng)靈敏度較高，因此可間接反映磁化強(qiáng)度的大小，甚至確定居里溫度。

4.稀磁半導(dǎo)體的研究進(jìn)展

關(guān)于磁性半導(dǎo)體的研究可以追溯到上個世紀(jì)60年代，即關(guān)于濃縮磁性半導(dǎo)體的研究。所謂濃縮磁性半導(dǎo)體即在每個晶胞相應(yīng)的晶格位置上都含有磁性元素原子的磁性半導(dǎo)體。例如Eu 或Cr 的硫族化合物:巖鹽結(jié)構(gòu)(NaCl—type)的EuS 和EuO 以及尖晶石結(jié)構(gòu)(Spinel s)的CdCr2 S4 和CdCr2 Se4等 ,這些濃縮磁性半導(dǎo)體也被稱為第一代磁性半導(dǎo)體[8]。但由于這類濃縮磁性半導(dǎo)體的居里溫度太低，且高質(zhì)量的濃縮磁性半導(dǎo)體薄膜及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)的磁性半導(dǎo)體主要用于基礎(chǔ)研究和概念型器件的研究。

進(jìn)入上個世紀(jì)80 年代,人們開始關(guān)注稀磁半導(dǎo)體，即少量磁性元素與II—VI族非磁性半導(dǎo)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(dǎo)體被稱為第二代磁性半導(dǎo)體。這類稀磁半導(dǎo)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(chǎn)生的載流子不僅很少,而且也很難控制,所以這種稀磁半導(dǎo)體經(jīng)常是絕緣體。這嚴(yán)重地限制了其實際應(yīng)用。盡管如此,人們對II—VI族稀磁半導(dǎo)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(jìn)展。

上世紀(jì)80年代末和90年代中期,利用低溫分子束外延技術(shù)(L T—MBE)生長的Mn 摻雜III—V 族稀磁半導(dǎo)體(In ,Mn)As 和(Ga ,Mn)As 等引起了人們的高度關(guān)注,并稱以(Ga ,Mn)As 為代表的III—V 族稀磁半導(dǎo)體為第三代磁性半導(dǎo)體。這些III—V 族稀磁半導(dǎo)體很容易與III—V 族非磁性半導(dǎo)體GaAs、AlAs、(Ga ,Al)As 和(In , Ga)As 等結(jié)合形成異質(zhì)結(jié)構(gòu),并且與呈現(xiàn)巨磁阻(GMR)效應(yīng)的金屬多層膜類似,其異質(zhì)結(jié)構(gòu)中也存在著自旋相關(guān)的散射、層間相互作用耦合、隧穿磁阻等現(xiàn)象。目前這類稀磁半導(dǎo)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(dǎo)體的居里溫度、探索新的磁性半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為目前半導(dǎo)體自旋電子學(xué)研究的一個熱點[10]。

5.稀磁半導(dǎo)體的應(yīng)用

稀磁半導(dǎo)體因具有一系列良好的屬性，因此近年來得到了較大的關(guān)注。隨著研究的一步步深入，稀磁半導(dǎo)體也逐漸能夠應(yīng)用到光電子學(xué)或微電子學(xué)的器件制備中：（1）利用稀磁半導(dǎo)體的巨法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)可制備非倒易光學(xué)器件,也可用于制備光調(diào)諧器、光開關(guān)和傳感器件；（2）利用磁性和半導(dǎo)體性實現(xiàn)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(yīng)的光譜效應(yīng)。由于其響應(yīng)波長可覆蓋從紫外線到遠(yuǎn)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(dǎo)體的磁光效應(yīng)為光電子技術(shù)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(yīng),可制備一系列具有特殊性質(zhì)的稀磁半導(dǎo)體超晶格和量子阱器件。除了以上這些具體的應(yīng)用之外，利用與自旋相關(guān)的輸運、磁阻效應(yīng)和磁光效應(yīng)等，還可制造出一些新材料和人造納米結(jié)構(gòu),包括異質(zhì)結(jié)構(gòu)(HS)、量子阱(QW)和顆粒結(jié)構(gòu)。總之，隨著研究的深入和制備技術(shù)的進(jìn)步，稀磁半導(dǎo)體在半導(dǎo)體微電子學(xué)，光電子學(xué)，固體物理學(xué)等方面的應(yīng)用將非常普遍[11]。

6.結(jié)語

稀磁半導(dǎo)體材料具有極高的應(yīng)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(zhuǎn)向?qū)⒒A(chǔ)研究與應(yīng)用研究相結(jié)合。隨著MBE 等技術(shù)的發(fā)展,制備高質(zhì)量的稀磁半導(dǎo)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(yīng)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(chǎn)生重要的推動作用[12]。

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第五篇：化合物半導(dǎo)體行業(yè)研究 2016-12

化合物半導(dǎo)體行業(yè)研究

2016-12

射頻性能優(yōu)異的化合物半導(dǎo)體

化合物半導(dǎo)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(yīng)用?；衔锇雽?dǎo)體材料因其優(yōu)良的器件特性廣泛適用于射頻器件。常見的化合物半導(dǎo)體包括三五族化合物半導(dǎo)體和四族化合物半導(dǎo)體。其中，砷化鎵（GaAs）和氮化鎵（GaN）作為其中應(yīng)用領(lǐng)域最廣、產(chǎn)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(chǔ)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(chǎn)業(yè)鏈自成體系

化合物半導(dǎo)體工藝獨特，需要專門的制造產(chǎn)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(chǎn)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(shè)計公司的設(shè)計進(jìn)行一系列工藝步驟進(jìn)行電路制造，制成的芯片交由相關(guān)廠商進(jìn)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(chǎn)工藝流程與產(chǎn)線設(shè)備，進(jìn)而催生出專門針對化合物半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)的工廠（Fab）。

化合物半導(dǎo)體射頻器件產(chǎn)業(yè)存在整合元件制造商（IDM）和（無晶圓設(shè)計公司+晶圓代工廠）兩種商業(yè)模式。傳統(tǒng)的國際設(shè)計廠商都采用IDM形式，各自配備私有產(chǎn)線，從設(shè)計到晶圓生產(chǎn)成品都自己完成。該模式的優(yōu)點為有利于技術(shù)保密、產(chǎn)線工藝參數(shù)控制及設(shè)計精確度提升，缺點是重固定資產(chǎn)配置的產(chǎn)線容易閑置浪費，且規(guī)模擴(kuò)張受限。新興化合物集成電路設(shè)計公司往往采用無晶圓設(shè)計（Fabless Design House）模式，即設(shè)計公司本身不配備芯片制造產(chǎn)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(jìn)行。

射頻核芯：GaAs占據(jù)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(dǎo)體應(yīng)用的主要器件，也是無線通信設(shè)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(xiàn)射頻信號發(fā)射與接收功能的芯片組，與基帶芯片協(xié)同工作，共同實現(xiàn)無線通訊功能。射頻前端包括功率放大器（Power Amplifier）、開關(guān)（Switch）、濾波器（Filter）、雙工器（Duplexer）、低噪聲放大器（Low Noise Amplifier）等功能構(gòu)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(jī)等無線終端的通訊距離、信號質(zhì)量和待機(jī)時間，是整個通訊系統(tǒng)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(shè)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(xié)議的復(fù)雜化及射頻前端芯片設(shè)計的不斷演進(jìn)，PA設(shè)計廠商往往將開關(guān)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(tǒng)需求形成多種功能組合。目前PA芯片除實現(xiàn)發(fā)射信號功率放大功能外，往往會集成開關(guān)器或雙工器，進(jìn)而演化出TxM（PA+Switch）、PAiD（PA+ Duplexer）、PAM（多PA模組）等多種復(fù)合功能的PA芯片類型。

砷化鎵占據(jù)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(chǎn)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(yīng)用于手機(jī)/WiFi等消費品電子領(lǐng)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(yuǎn)距離信號傳送或高功率級別（例如雷達(dá)、基站收發(fā)臺、衛(wèi)星通信、電子戰(zhàn)等）射頻細(xì)分市場和軍用電子領(lǐng)域。CMOS PA采用普通硅基集成電路工藝制造，由于與主流半導(dǎo)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(jī)和低端Wifi等消費電子領(lǐng)域出現(xiàn)爆發(fā)性增長，但始終受限于材料性能，只能應(yīng)用于對線性度、頻率和效率等方面要求較低的低端應(yīng)用，無法滿足復(fù)雜通訊系統(tǒng)的性能要求。隨著無線網(wǎng)絡(luò)頻率范圍不斷向高頻擴(kuò)展及無線通訊系統(tǒng)頻帶分布的復(fù)雜化，化合物半導(dǎo)體射頻芯片的優(yōu)勢地位未來仍將維持。

砷化鎵PA占據(jù)市場主流，CMOS PA低端市場占比擴(kuò)大。因性能遠(yuǎn)超硅基CMOS PA器件，產(chǎn)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(jù)統(tǒng)治地位。根據(jù)IBS數(shù)據(jù)，2015年，全球PA市場規(guī)模為84.5億美元，其中CMOS PA產(chǎn)值3.77億美元，市場占比僅4.67%；化合物PA產(chǎn)值80.76億美元，占比高達(dá)95.33%，其中絕大多數(shù)為應(yīng)用于消費品電子射頻前端的砷化鎵PA。

氮化鎵PA占據(jù)利潤高地，且戰(zhàn)略位置顯著。Cree公司相關(guān)年報顯示，其氮化鎵相關(guān)的射頻與功率器件部門2013/2014/2015年產(chǎn)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(yīng)用，維持較高毛利水平。氮化鎵射頻器件經(jīng)過近十年的科技攻關(guān)已在2010年實現(xiàn)高可靠量產(chǎn)，產(chǎn)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(dá)、電子戰(zhàn)、民用基站等高端高性能應(yīng)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(shù)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(jié)構(gòu)等水平的提高已大幅提升。以HRL公司生產(chǎn)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，對增強(qiáng)國防安全和促進(jìn)高性能射頻器件研制具有重要的意義。

通訊升級驅(qū)動市場穩(wěn)健增長

核心驅(qū)動力：3G/4G/5G終端市場持續(xù)穩(wěn)定增長

預(yù)計全球2018年移動終端出貨總量為26.5億部。據(jù)IDC數(shù)據(jù)，手持終端市場從2000年至2015年保持12%的復(fù)合增長率，2015年全球手持終端出貨量為21.8億部。據(jù)電子行業(yè)研究機(jī)構(gòu)Navian 2015年統(tǒng)計，預(yù)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

4G終端市場占比擴(kuò)大，載波聚合（CA）技術(shù)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(yù)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(yù)計2018年可達(dá)19.8億臺，2001年至2018年復(fù)合增速高達(dá)91.45%。LTE-A標(biāo)準(zhǔn)使用的載波聚合技術(shù)對PA線性度和能效的高標(biāo)準(zhǔn)要求將進(jìn)一步強(qiáng)化砷化鎵射頻PA芯片在該領(lǐng)域的絕對市場份額。

多模多頻終端單機(jī)所需的PA芯片增至5-7顆，Strategy Analytics 預(yù)測5G單機(jī)需16顆PA。手持終端單機(jī)所需PA個數(shù)取決于通訊標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制方式和頻帶數(shù)目，考慮到無線通訊設(shè)備對通訊制式的向下兼容，對單機(jī)射頻前端數(shù)目更多且性能要求更高。一方面，3G/4G所需頻帶數(shù)目較2G系統(tǒng)大幅增加，尤其是4G頻段眾多，而單個終端內(nèi)PA數(shù)目與需要支持的頻段數(shù)目正向相關(guān)，不相鄰頻段間難以實現(xiàn)PA復(fù)用；另一方面，3G/4G的通訊信號調(diào)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(fù)雜，單個手持終端為滿足用戶多模多頻的實際應(yīng)用需求，需要集成的PA個數(shù)和實現(xiàn)復(fù)雜度都隨之提升，進(jìn)而導(dǎo)致單機(jī)PA成本提升。統(tǒng)計結(jié)果顯示，2G時代手機(jī)單機(jī)PA芯片成本僅0.3美元/部，3G手機(jī)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(jī)成本甚至更高，僅iPhone6射頻部分就使用了6顆PA芯片。據(jù)Strategy Analytics，5G手機(jī)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(jī)所需PA或達(dá)16顆。

移動通訊升級成為化合物射頻半導(dǎo)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(yīng)用市場，其增長速度大于終端產(chǎn)品出貨量增速，主要受益于3G/4G單機(jī)PA復(fù)雜度的上升和成本的增加。根據(jù)終端出貨情況和對應(yīng)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(chǎn)值約40.38億美元，預(yù)計2018年，總產(chǎn)值將增長至86.57億美元。

未來5G技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步拓展化合物PA芯片的市場空間。5G標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計采用的高載頻（6G～80GHz），高數(shù)據(jù)吞吐率和寬頻多天線系統(tǒng)，對PA性能指標(biāo)和數(shù)目也提出更高的要求。Qorvo預(yù)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(dǎo)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(yīng)用于基站等基礎(chǔ)設(shè)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(yù)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(jù)主流，將進(jìn)一步強(qiáng)化和拓展化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的市場空間。同時，PA應(yīng)用數(shù)量將大幅提升，Strategy Analytics稱5G時代單機(jī)所需PA或達(dá)16顆。

輔助驅(qū)動 ：物聯(lián)網(wǎng)高性能互連需求和軍工

無線網(wǎng)關(guān)領(lǐng)域?qū)Ω邤?shù)據(jù)率遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男阅苄枨螅瑢⒓铀偻苿覹iFi領(lǐng)域?qū)衔锷漕l功放芯片的需求。目前無線局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)WiFi領(lǐng)域采用的802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)網(wǎng)關(guān)和物聯(lián)網(wǎng)WiFi領(lǐng)域，支持雙頻（2GHz&5GHz），MIMO（多進(jìn)多出天線）和高發(fā)射功率性能需求的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備市占率將大幅增加。根據(jù)InfoneticsResearch預(yù)測結(jié)果，2018年802.11ac標(biāo)準(zhǔn)WiFi市場占比將超過80%。預(yù)計在手機(jī)WiFi模塊應(yīng)用上也將出現(xiàn)同樣的趨勢。支持802.11ac協(xié)議的旗艦手機(jī)目前已逐步增加，業(yè)界標(biāo)桿企業(yè)蘋果在iphone6/6plus中已配置支持該協(xié)議的WiFi模組。物聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)傳輸速率和多頻運行環(huán)境支持將進(jìn)一步拉動性能優(yōu)勢明顯的GaAsPA增量快速發(fā)展。

軍工領(lǐng)域?qū)τ诟叨送ㄓ嵁a(chǎn)品的需求也將促進(jìn)化合物半導(dǎo)體射頻芯片市場更快增長。未來雷達(dá)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)需要大功率的無線信號發(fā)射系統(tǒng)，器件的可靠性要求也更為嚴(yán)苛，其功放芯片通常采用GaN或GaAs制造。根據(jù)Strategy Analytics的預(yù)測，2018年軍用GaAs器件市場規(guī)模將達(dá)到5億美元，年復(fù)合增長率達(dá)13%，其中最大的應(yīng)用領(lǐng)域為雷達(dá)，約占60%。軍用領(lǐng)域的增長驅(qū)動以及軍用產(chǎn)品國產(chǎn)化的迫切需求將給化合物半導(dǎo)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(jù)射頻PA市場絕對市場份額，2020年可達(dá)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(chǎn)值占據(jù)絕對市場份額，合計71.49億美元，市場占比高達(dá)94%。同時，受益于移動終端升級、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，PA市場總量預(yù)計2020年將增至114.16億美元，2014至2020年復(fù)合增長率為7.51%。

氮化鎵射頻器件市場預(yù)計2020年可達(dá)6.2億美元。Yole Development數(shù)據(jù)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(yù)計約6.2億美元。2015年至2022年復(fù)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(lǐng)域和高性能民用基站、高頻功率轉(zhuǎn)換器件等領(lǐng)域的諸多應(yīng)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(dǎo)寡頭競爭格局

全球化合物射頻芯片設(shè)計業(yè)呈現(xiàn)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(shè)計高技術(shù)壁壘，化合物半導(dǎo)體市場總體呈現(xiàn)寡頭競爭格局，且以IDM公司為主。2014年P(guān)A市場傳統(tǒng)砷化鎵IDM廠商Skyworks、Qorvo、Avago三寡頭市場份額分別為37%、25%、24%。設(shè)計第四大廠Murata于 2012年3月收購Renesas旗下相關(guān)事業(yè)部，進(jìn)軍砷化鎵PA市場，完成對射頻行業(yè)全備產(chǎn)品線布局，2014年占據(jù)市場份額9%。以RDA為代表的國內(nèi)Fabless設(shè)計廠商因目前主要產(chǎn)品集中于單顆售價低于0.3美元的2G PA領(lǐng)域，2014年合計市場份額小于5%。

優(yōu)秀設(shè)計公司涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)持續(xù)整合

產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)多模式整合態(tài)勢。一方面，隨著行業(yè)發(fā)展和技術(shù)演進(jìn)，傳統(tǒng)的砷化鎵/氮化鎵化合物射頻IDM廠商為保持自身技術(shù)優(yōu)勢，選擇強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手或持續(xù)整合新興的Fabless設(shè)計公司；另一方面，高通、聯(lián)發(fā)科等基帶芯片平臺為增強(qiáng)平臺自身的競爭力，選擇參股或并購相應(yīng)的射頻化合物集成電路設(shè)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(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手；Skyworks收購AXIOM和SiGe、RFMD收購Amalfi、Avago收購Javelin，傳統(tǒng)GaAs PA大廠推進(jìn)GaAs、CMOS、SiGe等工藝多元化戰(zhàn)略；聯(lián)發(fā)科收購絡(luò)達(dá)科技（Airoha）31.55%股權(quán)、Qualcomm并購Black Sand，基帶廠商涉足PA領(lǐng)域提平臺案競爭力。國內(nèi)方面，2014年7月紫光集團(tuán)完成對銳迪科收購；2015年5月北京建廣資產(chǎn)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(qū)動及并購基金引導(dǎo)下，中國赴海外私有化PA廠商大幕開啟。

預(yù)期未來行業(yè)整合仍將持續(xù)。主要集中在以下領(lǐng)域：（1）隨著獨立PA設(shè)計廠商生存空間縮小，占據(jù)資金和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的基帶芯片公司有望并購PA廠商，以補(bǔ)全平臺設(shè)計鏈；（2）占主導(dǎo)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(shè)計等新技術(shù)廠商，以增強(qiáng)自身技術(shù)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域敏感性，出于軍事安全/技術(shù)保密/產(chǎn)品性能深度優(yōu)化的考慮，不排除設(shè)計公司通過收購方式建立化合物芯片產(chǎn)線，或代工廠反向收購設(shè)計公司打造垂直產(chǎn)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(nèi)消費電子產(chǎn)業(yè)鏈上下游公司出于拓展業(yè)務(wù)目的收購優(yōu)質(zhì)化合物半導(dǎo)體設(shè)計公司，如長盈精密收購蘇州宜確股權(quán)布局物聯(lián)網(wǎng)，未來利用自身的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢向客戶推廣其射頻功放產(chǎn)品。

化合物晶圓代工模式加速成長

砷化鎵芯片產(chǎn)能滯后，增長需求強(qiáng)烈。據(jù)統(tǒng)計2015年全球PA行業(yè)總產(chǎn)值為84.5億美元，砷化鎵代工市場總產(chǎn)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(jī)的增量爆發(fā)和4G市場占比的迅速拉升，大陸手機(jī)市場砷化鎵PA產(chǎn)能供給嚴(yán)重不足，市場缺口一度高達(dá)20%以上。以Skyworks為代表的國外IDM大廠PA缺貨嚴(yán)重，甚至迫使聯(lián)發(fā)科等平臺芯片廠商修改平臺設(shè)計方案應(yīng)對。

設(shè)計公司“去晶圓化”，IDM產(chǎn)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(dǎo)體公司也將逐步由垂直一體的IDM模式向“無晶圓Fabless設(shè)計+專業(yè)晶圓代工”模式發(fā)展。一方面，新成立的設(shè)計公司一般不購置重資產(chǎn)的芯片生產(chǎn)產(chǎn)線，采用Fabless的純設(shè)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(chǎn)業(yè)已然成規(guī)模及受到新興Fabless設(shè)計公司擠壓，IDM公司對自有產(chǎn)線擴(kuò)展投資更為保守，因其自有產(chǎn)能必須要保證充分利用產(chǎn)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(chǎn)能利用率。傳統(tǒng)的IDM大廠越來越傾向于不再采用擴(kuò)大自身產(chǎn)能，轉(zhuǎn)而采用外包給專業(yè)的晶圓代工公司進(jìn)行芯片生產(chǎn)，進(jìn)而又推動晶圓代工模式的成長。

代工市場產(chǎn)值2018年預(yù)計增至百億人民幣規(guī)模。隨著Fabless設(shè)計公司的涌現(xiàn)和IDM外包業(yè)務(wù)的發(fā)展，化合物集成電路代工業(yè)務(wù)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(chǎn)能24k片（以6英寸片計），產(chǎn)值3.78億美元，占比58.2%。受益于PA芯片業(yè)務(wù)市場需求的迅猛增長和產(chǎn)業(yè)模式轉(zhuǎn)變，預(yù)計全球化合物集成電路代工業(yè)務(wù)市場將實現(xiàn)增量擴(kuò)張，2018年代工市場總?cè)萘繉⒃鲋?6.9億美元，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(qiáng)勢切入。目前全球?qū)I(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(wù)，但因其兼具IDM和晶圓代工業(yè)務(wù)易與客戶業(yè)務(wù)發(fā)生沖突，導(dǎo)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(yù)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(qiáng)勢布局砷化鎵及氮化鎵晶圓代工（2018年底年產(chǎn)能砷化鎵30萬片、氮化鎵6萬片），達(dá)產(chǎn)后產(chǎn)能將和穩(wěn)懋現(xiàn)有產(chǎn)能比肩，有望搶占臺廠代工市場。

國家意志驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈崛起 內(nèi)需拉動集成電路產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展 集成電路巨額進(jìn)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(xiàn)代化的“電子血液”，而中國集成電路產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，實際自給率僅有約10%，進(jìn)幾年進(jìn)口金額接近甚至超過原油進(jìn)口，因此，發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被提升為國家安全戰(zhàn)略布局。

國家意志有望驅(qū)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(bǔ)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(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，定調(diào)“設(shè)計為龍頭、制造為基礎(chǔ)、裝備和材料為支撐”，以2015、2020、2030為成長周期全力推進(jìn)我國集成電路產(chǎn)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(chǎn)業(yè)投資基金（簡稱“大基金”），“大基金”首批規(guī)模將達(dá)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(quán)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(yīng)”凸顯。全球集成電路產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)業(yè)鏈公司的包括：（1）設(shè)計環(huán)節(jié)，“大基金”100億元投資紫光集團(tuán)，國開行為紫光集團(tuán)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(quán)、以不超過25億美元推進(jìn)與三安集團(tuán)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(tuán)及三安光電的業(yè)務(wù)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(nèi)國產(chǎn)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(yīng)用市場全備，規(guī)模條件逐步成熟。隨著全球移動終端產(chǎn)品產(chǎn)能向中國轉(zhuǎn)移，中國已經(jīng)成為全球PA終端產(chǎn)品制造基地，2015年中國汽車、平板電腦、PC、智能手機(jī)出貨量占全球比重分別達(dá)28%、14%、30%、41%，終端應(yīng)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(chǎn)值規(guī)模占比居前、技術(shù)領(lǐng)先的砷化鎵/氮化鎵集成電路設(shè)計、晶圓代工廠商，PA尤其是中高端3G/4G手機(jī)射頻PA芯片嚴(yán)重依賴進(jìn)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(yán)格，也將極大刺激氮化鎵芯片產(chǎn)業(yè)本土化發(fā)展。

設(shè)計端基礎(chǔ)扎實，技術(shù)突破在即

大陸優(yōu)秀設(shè)計公司不斷涌現(xiàn)，2G PA市場領(lǐng)域已占“半壁江山”。和其他集成電路細(xì)分行業(yè)發(fā)展軌跡類似，我國化合物集成電路設(shè)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(lǐng)域，普遍采用Fabless的純設(shè)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(wù)。區(qū)別于基帶數(shù)字電路芯片動輒上千人的“集團(tuán)軍”作戰(zhàn)模式，化合物集成電路多為射頻模擬電路，F(xiàn)abless設(shè)計公司核心工程師團(tuán)隊往往只需數(shù)十人甚至數(shù)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(shè)計公司總體發(fā)展勢頭迅猛，涌現(xiàn)出如銳迪科/漢天下/唯捷創(chuàng)芯等一系列在業(yè)界占據(jù)一席之地的優(yōu)秀射頻功率放大器設(shè)計公司。2G 通訊終端領(lǐng)域，大陸PA廠商出貨量已遠(yuǎn)超國外IDM大廠，合計份額超過75%，占據(jù)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(xiàn)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(xiàn)營收9000萬美元。唯捷創(chuàng)芯在3G PA領(lǐng)域起步較早，2013/2014/2015年分別實現(xiàn)營收3.40億元、4.69億元和4.1億元。

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

晶圓代工強(qiáng)勢導(dǎo)入，全產(chǎn)業(yè)鏈雛形初現(xiàn)

設(shè)計推動代工，大陸化合物晶圓代工龍頭“呼之欲出”，PA類IDM產(chǎn)業(yè)鏈初現(xiàn)。目前我國化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其是PA Fabless設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)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(shù)射頻PA業(yè)業(yè)務(wù)）、蘇州宜確（2015年被長盈精密收購20%股權(quán)）等廠商，及CETC13所、CETC55所等軍用科研院所。國內(nèi)化合物集成電路設(shè)計目前已占領(lǐng)2G/3G/WiFi等消費品電子市場中的低端應(yīng)用。其中漢天下和唯捷創(chuàng)芯已分別在國內(nèi)2G/3G PA市場占據(jù)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(jìn)，2015年內(nèi)均有望實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，國產(chǎn)化替代趨勢明朗且持續(xù)加速。封測領(lǐng)域已經(jīng)儲備長電科技、晶方科技、華天科技等優(yōu)質(zhì)企業(yè)。未來代工環(huán)節(jié)有望由三安光電填補(bǔ)空白。2015年三安光電擬募投建設(shè)年產(chǎn)能30萬片砷化鎵和6萬片氮化鎵（6寸）生產(chǎn)線，2018年底達(dá)產(chǎn)產(chǎn)能有望超越臺灣穩(wěn)懋現(xiàn)有規(guī)模（2015年月產(chǎn)能24k片），成為國內(nèi)第一家規(guī)模量產(chǎn)GaAs/GaN化合物晶圓代工企業(yè)。在國家意志驅(qū)動下，未來大陸有望打造“設(shè)計+晶圓代工+封裝測試PA類IDM全產(chǎn)業(yè)鏈。

投資策略：設(shè)計關(guān)注并購，制造追蹤“龍頭”

上游設(shè)計領(lǐng)域：重點關(guān)注化合物射頻PA公司被并購機(jī)會。PA設(shè)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(jù)資金和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的基帶芯片公司，具備收購射頻設(shè)計公司補(bǔ)全平臺設(shè)計鏈的強(qiáng)烈意愿。重點推薦國內(nèi)上市公司信維通信，關(guān)注長盈精密。下游代工領(lǐng)域：看好積極布局化合物半導(dǎo)體代工領(lǐng)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(qiáng)勢進(jìn)軍化合物半導(dǎo)體代工領(lǐng)域，將受益于LED照明市場穩(wěn)定發(fā)展和化合物半導(dǎo)體代工市場爆發(fā)性增長。重點關(guān)注國內(nèi)上市公司三安光電。

上游設(shè)計公司：關(guān)注PA設(shè)計公司被并購機(jī)會

基帶芯片設(shè)計公司并購PA Fabless設(shè)計公司趨勢明顯?；衔锛呻娐废掠巫畲蟮南M類應(yīng)用領(lǐng)域是射頻功率放大器，在通訊領(lǐng)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(chǎn)業(yè)鏈中和平臺芯片設(shè)計廠商相比也處于從屬地位。目前全球集成電路產(chǎn)業(yè)明顯呈現(xiàn)“持續(xù)融合，強(qiáng)者恒強(qiáng)”的高度集中化發(fā)展趨勢。一方面，PA芯片是通訊領(lǐng)域僅次于基帶芯片的重要組成器件，設(shè)計和優(yōu)化上與基帶芯片存在天然互補(bǔ)聯(lián)系，銷售業(yè)績和產(chǎn)值預(yù)期與基帶芯片也存在強(qiáng)烈依附關(guān)系，是基帶芯片公司的必要有益補(bǔ)充；另一方面，硅基芯片與化合物半導(dǎo)體設(shè)計方法和工藝流程上都存在巨大差異，基帶芯片設(shè)計公司通過自身組建研發(fā)團(tuán)隊從而具備PA設(shè)計能力并非易事。據(jù)此我們研判，在消費電子領(lǐng)域，本土PA設(shè)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(jù)資金和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的基帶芯片公司，具備收購相關(guān)本土PA設(shè)計公司，補(bǔ)全平臺設(shè)計鏈的強(qiáng)烈意愿?；鶐酒揞^高通收購Black Sand鞏固PA產(chǎn)品、臺灣聯(lián)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(guān)注長盈精密。

重點關(guān)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(chǎn)業(yè)一體化協(xié)同效應(yīng)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(shè)計巨頭現(xiàn)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(chǎn)品占三星出貨量30%以上。銳迪科在合并前已為國內(nèi)十大IC設(shè)計商之一，為國內(nèi)領(lǐng)先射頻及混合信號芯片供應(yīng)商，2015年開發(fā)的RDA 3G/4G PA在WCDMA模式可達(dá)達(dá)到50%以上的效率（同期業(yè)界平均為40%），LTE模式下工作可達(dá)到40%效率同期（業(yè)界平均水平為35%）。2016年紫光展銳手機(jī)芯片預(yù)計出貨量將達(dá)6.5億套，穩(wěn)居全球前三。

唯捷創(chuàng)芯：目前國內(nèi)唯一大規(guī)模量產(chǎn)2G、3G、4G所有標(biāo)準(zhǔn)射頻前端產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)用，符合MTK的4G通信平臺定義的phase2射頻前端標(biāo)準(zhǔn)。目前公司產(chǎn)品已成功應(yīng)用到聯(lián)想、華為、HTC等國內(nèi)一線品牌。2016年與RFMD訴訟案達(dá)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(nèi)領(lǐng)先無線射頻芯片、智能手機(jī)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(dǎo)入數(shù)家知名IDH方案商和品牌客戶的BOM列表，并完成了首批產(chǎn)品的規(guī)模量產(chǎn)測試。2016年射頻前端芯片通過了三星認(rèn)證，將大規(guī)模量產(chǎn)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(guān)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(dǎo)體代工領(lǐng)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(dǎo)體材料的研究與應(yīng)用，著重以碳化硅、砷化鎵、氮化鎵、藍(lán)寶石等半導(dǎo)體新材料所涉及的核心主業(yè)做大做強(qiáng)，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(chǎn)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(dǎo)體制備關(guān)鍵技術(shù)，切入化合物芯片代工領(lǐng)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(lǐng)先天線廠商，提供產(chǎn)品包括射頻隔離器、射頻連接器、手機(jī)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(jī)向單機(jī)價值量更大的pad，筆記本電腦領(lǐng)域快速擴(kuò)張，預(yù)期今明年相關(guān)領(lǐng)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(chǎn)安卓陣營的份額仍然較低，這部分也將貢獻(xiàn)未來一兩年公司成長的主要動力。

切入聲學(xué)，打開中期成長空間。受益聲學(xué)射頻一體化趨勢，公司切入聲學(xué)領(lǐng)域，提供聲學(xué)+射頻的box一體化解決方案。聲學(xué)領(lǐng)域單機(jī)價值量遠(yuǎn)大于天線，是更為廣闊的成長領(lǐng)域。公司聲學(xué)產(chǎn)品目前已為索尼出貨，2017年將大概率在安卓陣營全面導(dǎo)入，迎來聲學(xué)業(yè)務(wù)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(rèn)為公司2017年在聲學(xué)領(lǐng)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(dāng)前是三星無線充電的主力供應(yīng)商，并和國內(nèi)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(jù)臺灣媒體報道，2017年大客戶有望在三款手機(jī)全部導(dǎo)入無線充電，從而使無線充電迎來爆發(fā)元年。當(dāng)前，公司已經(jīng)全面布局包括大客戶和三星在內(nèi)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(rèn)為公司的無線充電業(yè)務(wù)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(shù)，天線與射頻是關(guān)鍵，射頻前端模組價格預(yù)期可至50美元，市場空間超200億美元。5G對手機(jī)天線集成度要求不斷提高的同時，手機(jī)向下兼容的需求拉動單機(jī)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(yīng)5G要求，發(fā)展天線陣列與射頻模組，進(jìn)軍射頻新材料戰(zhàn)略卡位，控股國內(nèi)為數(shù)不多掌握射頻電子材料、磁性材料、LTCC工藝的先進(jìn)企業(yè)上海光線新材料。對標(biāo)村田，由射頻材料逐步向射頻核心元件與模組進(jìn)發(fā)，未來成長可期。

風(fēng)險因素。射頻元件技術(shù)風(fēng)險；無線充電市場風(fēng)險。

盈利預(yù)測、估值及投資評級。公司是全球領(lǐng)先天線廠商，原有業(yè)務(wù)經(jīng)營良好，對國際大客戶滲透不斷加強(qiáng)，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(chǎn)品增長可期。根據(jù)近期產(chǎn)業(yè)調(diào)研及上下游驗證，我們維持公司2016/17/18年EPS預(yù)測0.57/0.97/1.52元，按照2017年P(guān)E=37倍，對應(yīng)的目標(biāo)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(shè)計商，業(yè)務(wù)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(wù)延伸布局未來5G通訊。長盈精密籍此拓展無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)射頻接入相關(guān)業(yè)務(wù)，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(dāng)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(chǎn)品持續(xù)高增長。2016 Q2 VIVO/OPPO國內(nèi)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(chǎn)業(yè)鏈。公司2016年向A客戶防水液態(tài)硅膠供應(yīng)商廣東方振增資4500萬元，獲得15%股權(quán)。A客戶新品引智能手機(jī)防水熱潮，假設(shè)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(chǎn)品上防水材料市場可超百億元規(guī)模。2016H1廣東方振實現(xiàn)利潤728萬元，近2015 年全年2 倍，2016-2018 年預(yù)計營收3000/4000/6000 萬元。長盈科技切入防水材料業(yè)務(wù)，外加其防水端子2016年達(dá)產(chǎn)在即，全面布局精密防水產(chǎn)業(yè)有望。連接器業(yè)務(wù)多點開花。公司積極布局連接器業(yè)務(wù)，產(chǎn)能與技術(shù)均具優(yōu)勢。2015年公司精密連接器年產(chǎn)能達(dá)12億件，超精密連接器達(dá)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(shù)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(yù)計為公司業(yè)績未來穩(wěn)定增長點。

風(fēng)險因素。5G射頻前端開發(fā)受阻；下游手機(jī)市場風(fēng)險。

盈利預(yù)測、估值及投資評級。公司主營業(yè)務(wù)增長強(qiáng)勁，2016H1金屬CNC外觀業(yè)務(wù)同比增長達(dá)60%；連接器業(yè)務(wù)進(jìn)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(wù)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(yù)測，看好公司主營業(yè)務(wù)高增長，工業(yè)4.0下新業(yè)務(wù)潛力，按照2017年P(guān)E=24倍，給予24.72元目標(biāo)價，首次覆蓋，給予“增持”評級。

三安光電：打造國內(nèi)化合物半導(dǎo)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(chǎn)業(yè)平穩(wěn)增長將成為拉動LED芯片產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁動力。2017年國內(nèi)照明市場LED滲透率有望增至80%。三安光電外延片生產(chǎn)核心設(shè)備MOVCD預(yù)計2018年底可達(dá) 380臺，LED業(yè)務(wù)毛利率也顯著高于國內(nèi)同業(yè)，規(guī)模效應(yīng)和成本優(yōu)勢明顯，領(lǐng)先地位鞏固。2015年全球LED照明市場規(guī)模高達(dá)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(chǎn)業(yè)向中國大陸轉(zhuǎn)移趨勢，海外市場前景廣闊。

IC國產(chǎn)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(chǎn)GaAs/GaN器件，深度布局化合物半導(dǎo)體代工市場。產(chǎn)業(yè)總體趨勢性向亞洲轉(zhuǎn)移，大陸產(chǎn)業(yè)鏈雛形初現(xiàn)，代工環(huán)節(jié)極有希望由三安填補(bǔ)空白。半導(dǎo)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(chǎn)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(dá)產(chǎn)后產(chǎn)能比肩業(yè)界巨頭，有望占據(jù)全球27.3%的代工份額。

風(fēng)險因素：半導(dǎo)體產(chǎn)線達(dá)產(chǎn)不及預(yù)期及與代工臺企短期競爭加劇的風(fēng)險；LED下游市場增速低于預(yù)期的風(fēng)險。

盈利預(yù)測、估值及投資評級：達(dá)產(chǎn)穩(wěn)定后可實現(xiàn)化合物半導(dǎo)體6寸片年產(chǎn)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(qiáng)勢進(jìn)軍化合物半導(dǎo)體代工領(lǐng)域，將受益于LED照明市場穩(wěn)定發(fā)展和化合物半導(dǎo)體代工市場爆發(fā)性增長。我們預(yù)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(quán)后為0.42元）。參考可比公司估值水平，兼顧并購預(yù)期、大基金注資，我們給予公司2017年23倍PE估值，對應(yīng)目標(biāo)價14.49元，上調(diào)至“買入”評級。

大港股份：穩(wěn)增拓新，深化PA等新興領(lǐng)域布局 并購切入PA模塊，深化IC產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局。公司全資并購了國內(nèi)領(lǐng)先的獨立集成電路測試服務(wù)商艾科半導(dǎo)體，并于2016年對其增資6.9億元。艾科半導(dǎo)體作為國內(nèi)領(lǐng)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(shè)備研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化能力，目前艾科半導(dǎo)體的Matrix測試系統(tǒng)已量產(chǎn)測試 GSM、EDGE、TD、UMTS（WCDMA）等主流移動設(shè)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(chǎn)品，并研發(fā)出基于通用自動測試設(shè)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(xié)議》，設(shè)立并購基金 50億元，為發(fā)展公司集成電路等新興產(chǎn)業(yè)培育優(yōu)質(zhì)標(biāo)的。2016年該業(yè)務(wù)開始起量，上半年營收達(dá)3900萬，增速良好。

激光產(chǎn)品研發(fā)穩(wěn)步推進(jìn)，進(jìn)軍航空航天軍工業(yè)務(wù)。激光技術(shù)是未來制造技術(shù)的發(fā)展方向之一，激光測距機(jī)是中科大港的主要目標(biāo)產(chǎn)品，我國激光測距機(jī)市場正處于騰飛期，2008 年我國產(chǎn)量為 1,885 臺，2013 年則達(dá)到 181,180 臺，市場空間廣闊。公司與中科院半導(dǎo)體研究所等機(jī)構(gòu)共同設(shè)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(yīng)用研究，已成功掌握30km激光測距技術(shù)。一方面，公司已簽訂三級保密協(xié)定，為進(jìn)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?fù)顿Y等方式打造航天航空產(chǎn)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(wù)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(jìn)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(jìn)入實質(zhì)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(chǎn)業(yè)領(lǐng)域拓展。

房產(chǎn)積極轉(zhuǎn)型與固廢業(yè)務(wù)起量，營收增長高速可期。公司固廢處理業(yè)務(wù)盈利能力強(qiáng)，子公司鎮(zhèn)江固廢2015年公司實現(xiàn) 2386.56萬元營業(yè)收入，規(guī)母凈利潤1222.9萬元，預(yù)計2016年公司固廢處理產(chǎn)能將充分釋放，有望大幅提升公司固廢處理業(yè)務(wù)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(yù)銷售，標(biāo)志著公司的地產(chǎn)業(yè)務(wù)已向商品房及商業(yè)地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)轉(zhuǎn)型，著手打造公司房地產(chǎn)自主品牌“2077”，預(yù)計房地產(chǎn)業(yè)務(wù)毛利率將持續(xù)提升。

風(fēng)險因素。房地產(chǎn)行業(yè)景氣程度；激光技術(shù)研發(fā)失??；IC市場不及預(yù)期。

盈利預(yù)測、估值及投資評級。公司積極轉(zhuǎn)型泛半導(dǎo)體領(lǐng)域，布局包括射頻測試和半導(dǎo)體激光器等多個領(lǐng)域，傳統(tǒng)房地產(chǎn)業(yè)務(wù)為公司轉(zhuǎn)型發(fā)展提供持續(xù)的資金支持?？紤]到射頻測試業(yè)務(wù)的稀缺性和艾科半導(dǎo)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(yù)測，按照17年P(guān)E=60倍，給予22.2元目標(biāo)價，首次覆蓋給予“增持”評級。