Yole半導(dǎo)體制造技術(shù)與市場(chǎng)分析師Vishnu Kumaresan博士說：“我們正處于一個(gè)關(guān)鍵的歷史時(shí)期，我們周圍的每一臺(tái)設(shè)備都在變得更加智能、綠色和緊湊?！彼a(bǔ)充道：“即使是令人痛苦的新冠疫情也通過進(jìn)一步加快技術(shù)創(chuàng)新對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生了積極影響。在這樣一場(chǎng)利用超越摩爾定律（MtM）的方法為我們的日常設(shè)備增加更多功能的創(chuàng)新競(jìng)賽中，PPAC（功耗power、性能performance、面積area、成本cost）系數(shù)不僅通過縮減而且通過使用非硅材料和異構(gòu)將其彼此集成。”

　　外延設(shè)備市場(chǎng)預(yù)期

　　2020年超越摩爾定律應(yīng)用的外延設(shè)備銷售額約為6.92億美元，Yole預(yù)測(cè)，到2026年，包括功率和光電應(yīng)用關(guān)鍵的MOCVD（金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積）、HTCVD（高溫化學(xué)氣相沉積）和MBE（分子束外延設(shè)備）外延設(shè)備市場(chǎng)將達(dá)到11億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為8%。

　　外延材料外延設(shè)備市場(chǎng)演變

　　從外延設(shè)備市場(chǎng)預(yù)測(cè)中可以看出，每一年的增長(zhǎng)內(nèi)容都有所不同，但其中的主流是氮化鎵（GaN）功率器件、碳化硅（SiC）和MicroLED顯示。

　　外延設(shè)備市場(chǎng)預(yù)測(cè)（單位：百萬美元）

　　然而，這些數(shù)字并不能說明外延步驟在汽車（EV/HEV）、消費(fèi)（智能手機(jī)、智能手表、AR/VR）和航空航天與國(guó)防等關(guān)鍵市場(chǎng)應(yīng)用中的生命力和無所不在。令人感興趣的是，HVM（大批量制造商）中使用的這些復(fù)雜外延設(shè)備系統(tǒng)僅由極少數(shù)參與者提供，包括主流前端市場(chǎng)中不太知名的一些參與者。

　　在2020年至2026年期間，各種應(yīng)用促進(jìn)了外延設(shè)備需求的增長(zhǎng)。其中值得關(guān)注的將是功率電子和光電子。

　　從2020年外延設(shè)備供應(yīng)商市場(chǎng)份額來看，外延設(shè)備廠商的收入排名變化不大，盡管Veeco似乎失去了相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。德國(guó)的愛思強(qiáng)（Aixtron）仍然是市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，其次是美國(guó)的維易科（Veeco）和來自中國(guó)的中微半導(dǎo)體（AMEC）。

　　2020年外延設(shè)備市場(chǎng)份額

　　競(jìng)爭(zhēng)格局紛繁復(fù)雜

　　Yole的《超越摩爾2021年外延設(shè)備》報(bào)告通過對(duì)半導(dǎo)體制造的研究，分析外延設(shè)備市場(chǎng)的現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，目前能夠滿足對(duì)大需求量的只有極少數(shù)設(shè)備供應(yīng)商。在11家超越摩爾定律領(lǐng)域的主要外延設(shè)備供應(yīng)商中，前三名在營(yíng)收方面所占市場(chǎng)份額超過60％。

　　然而，這個(gè)市場(chǎng)比較復(fù)雜。從競(jìng)爭(zhēng)格局來看，外延設(shè)備市場(chǎng)被三個(gè)不同類別的外延設(shè)備制造商占據(jù)：

　　第一類是頂級(jí)半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，例如硅基器件前端制造工藝領(lǐng)域的東京電子公司（Tokyo Electron）和應(yīng)用材料公司（Advanced Materials），主要為外延工藝提供改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，但它們通常不參與MOCVD領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。2019年6月，東京威力科創(chuàng)也加入了遵守美方“實(shí)體名單”停止與華為半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的行列。

　　第二類是專業(yè)的MOCVD設(shè)備供應(yīng)商，例如前三強(qiáng)Aixtron、Veeco和中微半導(dǎo)體，它們分別開發(fā)專門用于固態(tài)照明的設(shè)備，而射頻前端供應(yīng)商在該領(lǐng)域沒有任何產(chǎn)品。

　　第三類是來自功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的碳化硅產(chǎn)業(yè)或高水平射頻應(yīng)用的設(shè)備供應(yīng)商，提供高溫化學(xué)氣相沉積設(shè)備。

　　事實(shí)上，其他各類前端設(shè)備巨頭也占有一席之地，包括：ASM International是原子層沉積（ALD）領(lǐng)域全球最大、占有率最高的ALD設(shè)備供應(yīng)商，在外延生長(zhǎng)、增強(qiáng)等離子體化學(xué)氣象沉積（PECVD）等領(lǐng)域也頗多斬獲。中國(guó)的北方華創(chuàng)（Naura）主要從事干法蝕刻設(shè)備的生產(chǎn)，在物理氣相沉積（PVD）領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國(guó)內(nèi)高端薄膜制備設(shè)備的突破，設(shè)備涵蓋90-14納米多工序；還有一些特定領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)，如大陽(yáng)日酸株式會(huì)社（工業(yè)氣體和空分設(shè)備）、株式會(huì)社紐富來科技（電子束掩膜光刻、掩膜檢測(cè)和外延生長(zhǎng)設(shè)備）、LPE（硅和化合物半導(dǎo)體材料外延設(shè)備），以及一些中國(guó)初創(chuàng)企業(yè)。

　　看看主要外延設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)備組合，頂級(jí)CVD（化學(xué)氣相沉積）半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商、III-V化合物半導(dǎo)體專業(yè)MOCVD制造商，以及碳化硅功率和高端射頻行業(yè)的外延反應(yīng)器（CVD、MBE）主要有以下幾家。

　　外延設(shè)備供應(yīng)商設(shè)備組合

　　技術(shù)趨勢(shì)直接轉(zhuǎn)化為設(shè)備需求

　　2020年和2021年加速的技術(shù)趨勢(shì)將直接轉(zhuǎn)化為設(shè)備需求。從技術(shù)角度來看，MOCVD覆蓋了大部分III-V外延，而高溫CVD是硅和碳化硅器件的主流沉積技術(shù)。從歷史上看，MOCVD是基于氮化鎵的傳統(tǒng)LED等商品器件所必需的。不過，越來越多的高端應(yīng)用，如快速充電器、微型LED顯示器和用于3D傳感的VCSEL，將推動(dòng)未來幾年的需求。

　　對(duì)于HTCVD而言，主要市場(chǎng)仍然是基于硅和碳化硅外延材料的功率應(yīng)用，主要部署在汽車和工業(yè)等細(xì)分市場(chǎng)。作為第三種技術(shù)，分子束外延已經(jīng)作為MOCVD的潛在競(jìng)爭(zhēng)解決方案應(yīng)用于小批量、高性能要求的應(yīng)用中。雖然MOCVD和HTCVD在2020年的總收入約為6.5億美元，但MBE的收入仍然有限，估計(jì)僅略高于4000萬美元。這是因?yàn)镸BE用戶主要集中在試驗(yàn)生產(chǎn)線和研發(fā)應(yīng)用上，而在射頻和VCSEL器件的批量生產(chǎn)上，這只占一小部分。考慮到所有這三種器件類型，廣泛應(yīng)用的需求將直接轉(zhuǎn)化為不同組外延材料的增長(zhǎng)，特別是碳化硅在中國(guó)的需求量很大。

　　預(yù)計(jì)到2026年，氮化鎵仍將是收入最高的表面活性物質(zhì)類型。然而，由于汽車和工業(yè)市場(chǎng)的強(qiáng)勁需求，碳化硅預(yù)計(jì)將以10%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

　　Yole認(rèn)為，在許多情況下，2020年和2021年對(duì)外延設(shè)備的投資是戰(zhàn)略性的，而不是實(shí)際的市場(chǎng)需求。預(yù)計(jì)2021年設(shè)備市場(chǎng)將增長(zhǎng)15%，這種勢(shì)頭將持續(xù)到2022年。為了解釋這一跳躍，還必須考慮各種宏觀經(jīng)濟(jì)因素加速了器件級(jí)的技術(shù)轉(zhuǎn)型。例如，氮化鎵和碳化硅正以閃電般的速度滲透到汽車和消費(fèi)品市場(chǎng)?？偟膩碚f，這些材料向非硅晶圓的過渡以及向更大晶圓直徑的過渡的速度也比先前預(yù)期的要快。

　　外延設(shè)備的機(jī)會(huì)在哪里？

　　外延設(shè)備在超越摩爾定律時(shí)代有著巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，硅市場(chǎng)以及包括砷化鎵（GaAs）、氮化鎵、碳化硅和磷化銦（InP）等非經(jīng)典襯底在內(nèi)的其他市場(chǎng)正在以顯著的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。然而，這些材料的選擇具有嚴(yán)格的質(zhì)量要求，因此需要使用MOCVD、MBE和HTCVD等外延設(shè)備生長(zhǎng)超純薄膜和納米結(jié)構(gòu)。而且，這類設(shè)備的類型和型號(hào)選擇不僅取決于技術(shù)約束，還取決于工廠動(dòng)態(tài)，如投資回報(bào)率、設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間、供應(yīng)鏈協(xié)同效應(yīng)等。

　　與超越摩爾定律高度相關(guān)的設(shè)備和襯底類型如下所示。

　　設(shè)備和襯底類型

　　按照應(yīng)用劃分，化合物半導(dǎo)體廣泛應(yīng)用于激光二極管、顯示器、射頻和功率電子器件，需要使用的設(shè)備類型如下所示。

　　應(yīng)用和設(shè)備類型劃分

　　超越摩爾定律的技術(shù)節(jié)點(diǎn)涵蓋180nm到7nm，在這樣一場(chǎng)競(jìng)相提高產(chǎn)品功耗/性能/面積/成本（PPAC）的競(jìng)賽中，主流微電子應(yīng)用主要使用縮減的方法來提高PPAC系數(shù)。在超越摩爾定律方法中，PPAC系數(shù)不僅要通過縮減，而且要通過使用非硅材料以及通過彼此的異構(gòu)集成而得到改善。

　　改進(jìn)半導(dǎo)體器件的途徑

　　超越摩爾定律需要技術(shù)和襯底多樣化，這些都對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用和市場(chǎng)。

　　超越摩爾定律需要的襯底

　　在外延材料及其應(yīng)用方面，一些是傳統(tǒng)應(yīng)用，另一些正在生產(chǎn)，還有一些在研發(fā)和進(jìn)行可行性研究。

　　應(yīng)用所需的外延層襯底

　　中國(guó)成為外延設(shè)備主要驅(qū)動(dòng)力

　　動(dòng)態(tài)的地緣政治形勢(shì)加劇了外延設(shè)備供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)格局的變化。很少有設(shè)備供應(yīng)商能夠滿足對(duì)設(shè)備的大規(guī)模需求。2018年以來，前三強(qiáng)主導(dǎo)地位并不令人驚訝，但到2020年間，Aixtron的市場(chǎng)份額增加了10%，而Veeco的市場(chǎng)份額下降了15%。其中一個(gè)原因是美中貿(mào)易緊張，半導(dǎo)體行業(yè)是其主戰(zhàn)場(chǎng)之一。

　　這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的影響在外延設(shè)備領(lǐng)域更加明顯，因?yàn)樾枨笾饕怯芍袊?guó)驅(qū)動(dòng)的。因此，2020年是Aixtron在中國(guó)銷售最好的年份之一，其約57%的收入來自該地區(qū)，而Veeco只有13%的收入來自中國(guó)。

　　2021年第三季度，Aixtron繼續(xù)報(bào)告強(qiáng)勁的訂單量，前九個(gè)月訂單量和收入達(dá)到2012年以來最高水平，與去年同期相比，訂單量增加了80%，達(dá)到3.776億歐元。其設(shè)備在GaN和SiC功率電子應(yīng)用、無線和光學(xué)數(shù)據(jù)通信及LED應(yīng)用方面的需求尤為突出。所以，Aixtron仍然是整個(gè)外延設(shè)備市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，Veeco保持其第二位（得益于2020年MBE收入的提高）。

　　中微半導(dǎo)體緊隨其后排在第三位，為L(zhǎng)ED器件交付了大量設(shè)備。隨著地緣政治形勢(shì)的演變和供應(yīng)鏈的日益脆弱，預(yù)計(jì)未來幾年設(shè)備供應(yīng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)將進(jìn)一步加劇。

　　外延設(shè)備供應(yīng)商分布

　　毋庸置疑，外延設(shè)備是超越摩爾定律應(yīng)用中關(guān)鍵器件的基礎(chǔ)。在全球設(shè)備高景氣行情下，本土設(shè)備廠商將充分受益于國(guó)產(chǎn)替代。以中微半導(dǎo)體為例，其MOCVD設(shè)備成功打破國(guó)外壟斷，在GaN基LED MOCVD市場(chǎng)份額領(lǐng)先。

　　作為MOCVD市場(chǎng)的后起之秀，中微半導(dǎo)體于2012年推出首臺(tái)MOCVD設(shè)備切入LED市場(chǎng)，2016年推出第二臺(tái)MOCVD設(shè)備，成功打破國(guó)外公司在LED用MOCVD設(shè)備市場(chǎng)的壟斷。據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2020年全球MOCVD設(shè)備占薄膜沉積設(shè)備市場(chǎng)4%，為8億美元，2020-2026年CAGR達(dá)8.5%，中微市占率為16%，排名第三。

　　目前中微客戶覆蓋亞洲主要LED廠商，近幾年在GaN基LED用MOCVD設(shè)備細(xì)分市場(chǎng)中份額一直領(lǐng)先。

　　根據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，2022年中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)資本投入可達(dá)279.71億美元，創(chuàng)歷史新高。與此同時(shí)，國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)局勢(shì)緊張，外部挑戰(zhàn)也將倒逼我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)提高產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展水平。內(nèi)外部因素的共同推動(dòng)將使國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生態(tài)圈逐步完善，各類設(shè)備均有望實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

　　現(xiàn)在，中國(guó)大陸正處于智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G通信等行業(yè)快速崛起的進(jìn)程中，已成為全球最重要的半導(dǎo)體應(yīng)用和消費(fèi)市場(chǎng)之一。終端應(yīng)用產(chǎn)品需求擴(kuò)張、國(guó)家戰(zhàn)略支持以及本土企業(yè)的技術(shù)突破，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)正迎來機(jī)遇，在國(guó)產(chǎn)替代方面有望取得歷史性突破。