不堵车的高速公路！科学家成功制成新型薄膜半导体：电子迁移速度约为传统半导体的7倍【附全球半导体技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

近日，据美国趣味科学网站报道，来自美国麻省理工学院、美国陆军作战能力发展司令部(DEVCOM)陆军研究实验室和加拿大渥太华大学等机构的科学家，利用名为三元石英的晶体材料，成功研制出一种新型超薄晶体薄膜半导体。薄膜厚度仅100纳米，约为人头发丝直径的千分之一。其中电子的迁移速度创下新纪录，约为传统半导体的7倍。这一成果有助科学家研制新型高效电子设备。相关论文发表于《今日材料物理学》杂志。

研究论文通讯作者、麻省理工学院的贾加迪什·穆德拉指出，他们通过分子束外延过程制造出了这款薄膜半导体。该过程需要精确控制分子束，逐个原子地构建材料，这样获得的材料瑕疵最小最少，从而实现更高的电子迁移率。

研究人员将这种薄膜半导体比作“不堵车的高速公路”，认为这有助于研制更高效、更可持续的电子设备，如自旋电子设备和可将废热转化为电能的可穿戴热电设备。

研究团队指出，即使材料中最微小的瑕疵也会阻碍电子运动，从而影响电子迁移率。他们希望进一步改进制作过程，让薄膜变得更纤薄，从而更好地应用于未来的自旋电子设备和可穿戴热电设备。

图片来源：摄图网

技术价值观察

半导体产业链具体包括上游半导体原材料与设备供应、中游半导体产品制造和下游应用。其中，半导体材料处于上游供应环节，材料品类繁多，按制造流程可细分为前端制造材料和后端封装材料。半导体设备，即在芯片制造和封测流程中应用到的设备，广义上也包括生产半导体原材料所需的机器设备。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，涉及到的设备种类大体有九大类，细分又可以划出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。半导体产业下游应用领域包括网络通信、计算机、消费电子、工业控制、汽车电子等。

科学家利用成功研制出一种新型超薄晶体薄膜半导体，其电子迁移速度约为传统半导体的7倍。因此，从半导体产业链上看，该技术处于产业链的上游环节。

宏观市场观察

——全球半导体产业迁移情况

全球半导体产业共经历三次产业迁移：20世纪80年代，由美国本土向日本迁移，成就东芝、松下、日立等;20世纪90年代末期到21世纪初，由美国、日本向韩国、中国台湾迁移，造就三星、海力士、台积电、日月光等;第三次，是中国台湾向中国大陆迁移。在全球集成电路行业向中国转移的大势下，国际存储芯片制造商相继在中国建厂，如英特尔、三星、海力士均已在中国布局存储芯片市场，建立NAND Flash工厂等，带动了中国存储芯片产能增长以及产业调整和优化升级，为中国存储芯片行业带来新的增长动力。

——全球半导体行业正在快速增长

2021年，全球半导体市场快速增长，共销售了1.15万亿片芯片，市场规模达到5560亿美元，创历史新高，同比大幅增长26.2%。整个半导体市场并未受到2021年新冠疫情大流行的负面影响。强劲的消费需求推动所有主要产品类别实现两位数的增长率(光电除外)。

从半导体细分领域来看，集成电路一直是半导体行业的主要细分领域。2021年，集成电路市场规模达到4630.02亿美元，同比增长28.2%，占全球半导体市场规模的83.29%。其中，集成电路又可细分为逻辑电路、存储器、处理器和模拟电路，2021年这四个产品占比分别为27.85%、27.67%、14.43%、13.33%。2021年存储器、模拟电路和逻辑电路都实现较大的增长。

此外，2021年全球光电子器件、分立器件、传感器市场规模分别为434.04、303.37、191.49亿美元，占比分别为7.81%、5.46%、3.44%。

——全球半导体行业TOP企业分布

半导体行业高度全球化，大量国家/地区的企业在半导体生产的多个方面展开竞争，从半导体设计到制造，再到ATP(组装、测试和封装)。

据美国研究机构Gartner发布的报告显示，2021年全球半导体行业排名前十的企业分别是三星(Samsung)、英特尔(Intel)、SK海力士(SK Hynix)、美光(Micron)、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、联发科技(MediaTek)、德州仪器(TI)、英伟达(NVIDIA)、超威半导体(AMD)。其中，三星(Samsung)超过英特尔(Intel)，成为顶级芯片销售商。2021年三星的半导体收入激增31.6%，达到759.5亿美元。英特尔的收入下降到第二位，只增长了0.5%，达到731亿美元，销售额在前25家公司中增长最慢。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国半导体行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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