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超越摩尔领域的外延设备技术及市场趋势

microLED显示器和功率器件的驱动下,外延设备的出货量在未来五年将增长三倍以上。

外延在半导体财产链中的位置

化合物半导体外延片正大年夜举进军逾越摩尔领域

据麦姆斯咨询先容,今朝,外延发展用于硅基器件及III-V族化合物半导体财产。发展高质量的材料是半导体器件的关键要素。2019年,外延片的需求跨越了780万片6英寸晶圆,这主如果由LED和功率器件驱动孕育发生的。估计到2025年,外延片需求将达到至巅峰,相称于2130万片6英寸晶圆,主要驱动力来自microLED、功率器件和激光二极管

2019~2025年外延片市场猜测

主要逾越摩尔领域的器件

外延发展 vs. 逾越摩尔器件利用

在半导体衬底方面,氮化镓(GaN)材料是继硅衬底之后的主要外延市场,由传统的LED氮化镓器件驱动成长。然而,全部可见光LED财产今朝正在将营业多元化,开拓基于砷化镓(GaAs)衬底的紫外LED和红外LED产品。此外,LED制造商还在研发新型LED,以继承在破费类显示器中创造代价,如miniLED和microLED。有消息称,苹果(Apple)公司计划在2021年的高端智妙腕表中采纳microLED显示技巧。在抱负的环境下,microLED还可以利用于智妙手机中,那么这肯定会重塑外延晶圆市场。

另一方面,碳化硅(SiC)衬底等宽禁带材料在电力电子市场上也找到了商机。只管碳化硅衬底的市场价格较高,然则这种衬底是高(电)压利用的紧张支撑,是以被觉得是一些MOSFET和二极管产品的技巧选择。

瞻望未来,红外激光二极管(VCSEL)等光电子产品正在向外延发展市场进军,它们平日必要外延砷化镓材料。别的,砷化镓对付射频产品尤其有利,包括sub-6GHz和28GHz~39GHz范围内的毫米波小基站。是以,智妙手机从4G向5G成永劫,我们估计砷化镓将取代CMOS,继承成为sub-6GHz的主流技巧。选择相宜的衬底将在很大年夜程度上取决于与器件要求相关的技巧机能及资源。

VCSEL和新型LED将引爆外延设备市场

2019年,逾越摩尔领域的外延设备市场靠近9.4亿美元,包括硅基和非硅基利用。因为VCSEL和新型LED发告竣长,估计2025年外延设备市场将跨越60亿美元。

从技巧的角度看,金属有机化学气相沉积(MOCVD)办事于大年夜多半III-V族化合物半导体外延财产,如砷化镓和氮化镓基器件。高温CVD是今朝主流的硅基器件和碳化硅器件。

今朝的外延设备市场主要由LED和功率器件驱动。事实上,中国补贴政策导致了LED产线扶植的过度。与实际临盆需求比拟,MOCVD市场今朝处于氮化镓LED产能严重过剩的状况。MOCVD的投资在未来几年难以猜测,并且可能会逐年变更。假如政府抉择严格禁止主要的LED制造商提升氮化镓晶圆产能,那么环境可能会徐徐好转。本申报斟酌了传统LED和新型microLED市场的不合环境。

对付传统的氮化镓LED,MOCVD的投资趋势不会跟随LED晶圆的需求。关于氮化镓LED的特定优点和毛病可能与以前一样呈现。然则,斟酌到中国近来的竞争趋势,通俗照明和背光市场已做生意品化。是以,外延设备供应商估计这些市场不会带来可不雅的收入。然而,就缺陷和平均性而言,对microLED的外延要求比传统LED更为严格。靠得住的技巧路线图能够改进对象和设备,以达到约每平方厘米有0.1个缺陷(0.1 defects/cm²)或大年夜于1μm的缺陷更少。与传统的LED制造比拟,清洁室也必要更严格的要求,包括自动化和晶圆洗濯。对付小于10μm的最小裸片来说,这点尤其精确!

同时,跟着破费类利用大年夜量采纳垂直腔面发射激光器(VCSEL)和边缘发射激光器(EEL),激光二极管为外延设备市场供给了一个新兴的增长机遇。

比拟之下,微机电系统(MEMS)财产是全部外延设备的一个利基市场,由于它们的临盆能力已经异常成熟。

MOCVD设备市场可能会受到激光二极管、microLED和VCSEL等化合物半导体器件向分子束外延(MBE)技巧过渡的影响。事实上,MBE可以在VCSEL产量和平均性方面带来更大年夜的上风,也可以在高频5G射频利用方面带来更大年夜的上风。

就碳化硅功率器件而言,MOCVD制造商正试图开拓新型MOCVD技巧,以应对主要应用高温CVD的碳化硅市场。

颠覆性的非硅基器件引领更具竞争力的外延发展前景

外延发展利用及机遇

非硅基衬底类型 vs. 逾越摩尔器件利用

从竞争格局来看,外延设备市场被三个不合类其余外延设备制造商盘踞:

(1)顶级半导体设备供应商,例如来自硅基器件前端制造工艺领域的东京电子(Tokyo Electron)和利用材料(Advanced Materials),供给为外延工艺优化的CVD设备,但他们平日不在MOCVD领域竞争。

(2)专业的MOCVD设备供应商,例如爱思强(AIXTRON)、维易科(Veeco)和中微半导体(AMEC),他们分脱离拓了专门用于固态照明的设备。

(3)来自功率半导体领域的碳化硅财产或高水平射频利用的设备供应商,供给高温CVD设备,例如LPE或Nuflare,以及开拓专用MBE设备的供应商,例如Riber。

2018年,三家设备制造商盘踞了外延设备市场近60%的份额。AIXTRON是砷化镓市场的领头羊,在激光二极管和砷化镓LED方面具有强大年夜的职位地方。AMEC在砷化镓LED方面的职位地方也较好。斟酌到中美常识产权(IP)胶葛的繁杂关系,Veeco在中国的市场份额已经被AMEC抢走。跟着贸易壁垒和额外税收的增添,这种情形可能会继承下去,从而严重影响Veeco的市场份额,低落Veeco在中国市场的竞争力。

外延设备供应商竞争格局

2018年举世主要外延设备供应商的市场份额

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