2020年半导体靶材行业研究报告
来源：西南证券
导语：从行业角度看，国内靶材市场至少有十倍的进口替代空间。 靶材是半导体、显示面板、异质结光伏领域等的关键核心材料，存在工艺不可替代性。据测算 2019年全球靶材市场规模在 160 亿美元左右，而国内总需求占比超 30%。本土厂商供给约占国内市场的 30%，以中低端产品为主，高端靶材主要从美日韩进口，当前国内头部企业靶材合计营收在 30-40 亿元范围，占国内总需求 10%左右。国家 863 计划、02 专项、进口关税、材料强国战略等政策大力扶持，国产替代势在必行且空间巨大，优质订单也将持续向第一梯队企业聚集。
投资要点：
平板显示：享受产业链大迁徙中的红利。2020 年全球平板显示靶材市场规模约 52 亿美元，复合增速约 8%。国内市场规模约 165.9 亿元，复合增速约 20%，全球占比约 47%。未来发展趋势是：4N 级高纯、大尺寸、高溅射率、晶粒晶向精确控制。
芯片：垄断“围剿”下的单点突破。2020 年全球半导体靶材市场规模达 15.67亿美元，我国半导体靶材市场规模约 29.86 亿元，日美厂商垄断 90%的芯片靶材市场份额。芯片是靶材最顶尖的应用领域，主要在“晶圆制造”和“芯片封装”两个环节使用，其中介质层、导体层、保护层都要使 5N 级以上纯度的靶材溅射镀膜，先进制程要求更高纯度的金属。芯片靶材具有多品种、高门槛、定制化研发的特点，以铜、钽、铝、钛为主，构建起集成电路中的电路互连导体。伴随 5G 的崛起和全球晶圆制造产能转移，大基金及政策支持，国内芯片制造市场发展加速。竞争态势正从“高度垄断”到政策扶持“单点突破”阶段。
ITO：LCD、OLED、异质结光伏技术构建需求格局。ITO（氧化铟锡）靶材是溅射靶材中陶瓷靶材（化合物靶材）的一种，在显示靶材中占比将近 50%。“常压烧结法”是制备 ITO 靶材的主流技术，制粉纯度要求为 4N-5N 级。日韩企业处于 ITO 靶材垄断地位，日矿和三井占据高端 TFT-LCD 用 ITO 靶材市场。在国家政策的扶持下，晶联光电、先导、阿石创等国内 ITO 靶材企业正逐渐突破关键技术，在性价比和响应速度方面构建壁垒。
高纯金属是制作靶材的核心原材料，5N 级任重道远。全球范围内高纯金属产业集中在美国、日本等国家，国产靶材的大部分高纯原料依赖进口，铜钛铝小部分可以自给。挪威海德鲁是全球 5N5 级高纯铝最大的公司。
1、 什么是靶材？——“被忽视”的核心耗材
1.1 靶材是溅射镀膜工艺的轰击目标
靶材是制备薄膜的主要材料之一，主要应用于集成电路、平板显示、太阳能电池、记录媒体、智能玻璃等，对材料纯度和稳定性要求高。溅射靶材的工作原理：溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体即为溅射靶材。靶材发展趋势是：高溅射率、晶粒晶向控制、大尺寸、高纯金属。
1.2 工艺：高纯、塑形、热处理、溅射应用（略）
1.3 分类：铜、铝、钼和 ITO 靶最为常见
铜、铝、钼、ITO 是应用最广的靶材。（1）根据形状分类，主要有长靶、方靶与圆靶。（2）按化学成分分类，主要有单质金属靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材。（3）按应用领域分类，主要有半导体用靶材、平板显示用靶材、太阳能电池用靶材等。
高纯溅射靶材集中应用于平板显示、信息存储、太阳能电池、芯片四个领域，合计占比达 94%。芯片认证对靶材要求最为严格。（1）芯片靶材是制造集成电路的关键原材料，也是技术要求最高的靶材。从技术要求来看，半导体靶材要求超高纯度金属、高精密尺寸、高集成度等，往往选取高纯铜、高纯铝、高纯钛、高纯钽、铜锰合金等，集成电路芯片通常要求铝靶纯度在 5N5 以上。（2）平板显示靶材的原材料有高纯度铝、铜、钼等，还有掺锡氧化铟（ITO），主要用于高清电视、笔记本电脑等。平板显示靶材技术要求高，它要求材料高纯度、面积大、均匀性好。平板显示靶材通常要求铝靶纯度在 5N 以上。（3）信息存储靶材具备高存储密度、高传输速度等特性。（4）工具改性靶材的原材料有纯金属铬、铬铝合金等，主要用工具、模具等表面强化，性能要求较高、使用寿命延长。
靶材产业链基本呈金字塔分布。产业链主要分金属提纯、靶材制造、溅射镀膜、终端应用四个环节。其中溅射镀膜是整个产业链中技术要求最高的环节。溅射薄膜的品质对下游产品的质量具有重要影响。终端应用环节是整个产业链中规模最大的领域，包括半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等领域。
2、 为何有十倍市场空间？——“卡脖子”垄断下的突围战
2.1 美日龙头垄断，国产替代大势，十倍空间可期
从行业角度看，国内溅射靶材市场至少有十倍的进口替代空间。靶材是半导体、显示面板等的关键核心材料，2019 年全球靶材市场约在 160 亿美元左右，国内总需求占比超 30%。根据咨询公司行业报告测算，本土靶材厂商约占国内市场 30%的份额，对应 90 亿元的营收总额，但是国内溅射靶材主要应用于中低端产品，而高端靶材产品则从美日韩进口，江丰电子、隆华科技、阿石创、有研新材、先导、映日、新疆众和等国内头部企业靶材合计营收在30-40 亿元范围，占国内总需求 10%左右。伴随全球分工及产业链转移，本土企业正处在加速替代过程中。若我国靶材市场完全实现自给自足，且订单逐步向第一梯队企业聚集，则头部企业国产替代空间可达十倍。根据以上测算，叠加靶材国产替代进程不断加速的趋势，我们认为溅射靶材市场至少有十倍的进口替代空间。
日美企业垄断，全球溅射靶材 CR4 企业市场集中度达 80%。靶材应用性较强，溅射靶材行业在全球范围内呈现明显的区域集聚特征，国外知名靶材公司在靶材研发生产方面已有几十年的积淀，在靶材市场占据绝对的优势。根据智研咨询数据，目前全球溅射靶材市场主要有四家企业：JX 日矿金属、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯，合计垄断了全球 80%的市场份额。尤其是溅射靶材中最高端的晶圆制造靶材市场基本被这四家公司所垄断，合计约占全球晶圆制造靶材市场份额的 90%，其中 JX 日矿金属规模最大，占全球晶圆制造靶材市场份额比例为 30%。
溅射靶材产业链呈金字塔型分布，逐步向国内转移。（1）高纯金属供给以及高纯溅射靶材制造环节技术门槛高、设备投资大，具有规模化生产能力的企业数量少，主要分布在美国、日本等国家和地区。长期以来，中国厂商主要通过从国外进口获得高纯金属供给。（2）尽管在溅射镀膜环节具有规模化生产能力的企业数量相对较多，但质量参差不齐，美国、欧洲、日本、韩国等知名企业居于技术领先地位，品牌知名度高、市场影响力大，通常会将产业链扩展至下游应用领域，利用技术先导优势和高端品牌迅速占领终端消费市场，如 IBM、飞利浦、东芝、三星等。（3）终端应用环节是整个产业链中规模最大的领域，其产品的开发与生产分散在各个行业领域，同时，此环节具有突出的劳动密集性特点，参与企业数量最多，并逐渐将生产工厂向人力成本低的国家和地区转移。（4）在靶材产业链的区域分布上，美国、日本跨国集团产业链完整，囊括各个环节，在掌握先进技术以后实施垄断和封锁，主导着技术革新和产业发展；韩国、新加坡及中国台湾地区在磁记录及光学薄膜领域有所特长。（5）从全球终端制造来看来看，芯片及液晶面板行业制造向中国大陆转移趋势愈演愈烈，中国正在迎来这一领域的投资高峰。为此高端溅射靶材的应用市场需求正在快速增长。
2.2 全球靶材市场空间测算：2020 年约 196 亿美元，复合增速 14%
根据江丰电子与阿石创招股说明书的数据以及我们对靶材四大领域的拆分估算预测。
2013-2020 年，全球溅射靶材市场规模将从 75.6 亿美元上升至 195.63 亿美元，复合增速为 14.42%。
arch 预测，2019 和 2020 年全球 FPD 市场规模可达 1420 亿美元和 1460 亿美元，增长率分别为 4.41%和 2.82%。相应地，平板显示用靶材市场规模也将处于较快增长状态。根据江丰电子、阿石创招股说明书数据，2016 年球平板显示靶材市场规模为 38.1 亿美元，2013-2016 年复合增长率为 8.9%，2017-2020 年我们预计若维持 8.1%复合增速，2020 年全球平板显示靶材市场规模将达到 52.03 亿美元。
2020 年全球半导体靶材市场规模将达 15.67 亿美元，复合增速约 4.66%。我们预计未来几年半导体靶材市场整体稳定，仍将保持中速增长，在 2020 年市场规模达 15.67 亿美元。
2020 年全球太阳能电池靶材市场规模将达 57.13 亿美元，复合增速约 25.58%。预计未来几年，全球太阳能电池行业仍然处于产业上升阶段，市场进一步全球化同时拉动太阳能电池用靶材市场规模保持 20%以上的增速，我们预计 2020 年全球太阳能电池用靶材市场规模将达 57.13 亿美元。
2020 年全球记录媒体靶材市场规模将达 58.19 亿美元，复合增速约 14.76%。据 Well Fargo Securities预测，未来几年 HDD 的出货总容量依然会保持增长态势，年复合增长率达到 18.43%。到2021 年，机械硬盘的出货总容量将会达到 1259EB，相较于 2017 年增长了 96.72%。受下游 HDD 市场容量不断增长的带动，全球记录媒体用靶材市场规模不断扩大，处于稳定的 12%以上高增长状态。我们预计 2020 年全球记录市场用靶材市场规模将达 57.13 亿美元。
2.3 国内靶材市场空间测算：2020 年约 337 亿元，复合增速 18%
2013-2020 年我国溅射靶材市场规模将从 106.3 亿元升至 337.38 亿元，复合增速为17.94%。
2020 年我国平板显示靶材市场规模约 165.9 亿元，复合增速约 22.80%。我们预计未来平板显示用靶材市场规模仍将保持 20%左右的增速，在 2020 年市场规模将达 165.9 亿元。
2020 年我国半导体靶材市场规模将达 29.86 亿元，复合增速约 17.95%。预计 2020 年我国晶圆厂产能将达 150 万片/月，这也将带动国内靶材市场需求大幅增加。同时，随着国产溅射靶材技术的成熟，尤其是国产溅射靶材具备较高的性价比优势，并且符合溅射靶材国产化的政策导向，中国溅射靶材的市场规模和市场份额将进一步扩大和提高。预计 2020 年中国半导体靶材市场规模达 29.86 亿元。
2020 年我国太阳能电池靶材市场规模将达 37.54 亿元，复合增速约 40.35%。近年来，我国光伏机容量增速高达 50%以上，2016 年更是达到了 79.3%，远远高于全球增速。预计未来几年，我国将持续加快能源结构优化调整，推动太阳能电池市场保持持续平稳的增长态势，扩大在未来太阳能电池市场中的应用。同时，作为薄膜太阳能电池上游的太阳能电池靶材市场规模也保持高速发展。我们预计 2020 年，中国太阳能电池用靶材市场规模可达 37.54 亿元。
2020 年我国记录媒体靶材市场规模将达 95.63 亿元，复合增速约 8.65%。国内方面，受益机械硬盘短期内出货总容量稳定增长态势，中国记录媒体靶材市场规模平稳高速增长，但增速略低于全球市场增速。2013 年至 2015 年中国记录媒体靶材市场规模分别为 53.5 亿元、58 亿元、63.6 亿元，我们预计 2020 年中国记录媒体靶材市场规模将达 95.63 亿元。
3、 全球顶级“掠食者”的朋友圈（略）
国外主要靶材产商集中于日本和美国。其中 JX 日矿金属产品主要以钛靶为主，应用于大规模集成电路、平板显示、相变光盘等领域，2018 年集团销售额为 1003 亿美元，综合实力居国际第一，其在全球范围内，占据了半导体芯片领域约 30% 的靶材市场份额。霍尼韦尔主要销售钛铝靶，钛靶，铝靶，铜靶，钽靶等，应用于半导体和平板领域，2018 年集团销售额为 408 亿美元，其高纯钛靶材的加工能力和市场占有率居全球第一。
3.1 JX 日矿金属：芯片级靶材全球市占率第一，铜靶是特色
3.2 霍尼韦尔：全球最大 5N 级钛供应商，ECAE 技术特色
3.3 东曹：获得 Applied Materials 授权，芯片级铝靶是特色
3.4 普莱克斯：Applied Materials 授权，芯片级铝靶与东曹抗衡
3.5 第二梯队：威廉姆斯、光洋、贺利氏、攀时、住友、爱发科等
第二梯队靶材公司各具特色，卡位细分领域。（1）威廉姆斯 Williams（美国）在贵金属靶材、磁记录靶材上有较强的优势，是蒸镀材料最大供应商；（2）光洋 Solar（中国台湾）在磁记录、数据存储方面有优势；（3）贺利氏（德国）是全球最大的磁记录靶材供应商，占全球市场的 50%；（4）攀时和斯塔克是全球最大钼靶供应商；（5）Sumitomo（日本）住友集团，有自产高纯原材料如铝、钛、铜等，生产靶材得到日本电子厂商集团（如 SONY）的认可；（6）爱发科 ULVAC（日本）和日本电真空不仅生产溅射台，并配套靶材供应；（7）Umicore（比利时）、Tanaka（日本）等主业则均是贵金属相关材料领域的厂家。
4、 平板显示：享受产业链大迁徙中的红利
4.1“平板显示”是靶材最大的应用领域
平板显示器多由金属电极、透明导电极、绝缘层、发光层组成，为了保证大面积膜层的均匀性，提高生产率和降低成本，几乎所有类型的平板显示器件都会使用大量的镀膜材料来形成各类功能薄膜，其所使用的 PVD 镀膜材料主要为溅射靶材，平板显示器的很多性能如分辨率、透光率等都与溅射薄膜的性能密切相关。
LCD 是大面积平板显示领域主流，OLED 是智能手机厂商首选，但均需要靶材在玻璃基板上镀膜。平板显示行业最主要的两种面板为 LCD（液晶显示器）面板和 OLED（有机电激光显示）面板。相较 LCD 面板，OLED 面板的优势主要体现在面板厚度更轻薄、功耗更低、更省电、有柔性、对比度更高、响应时间更低。然而现阶段 OLED面板也存在着寿命较低、成本较高、对眼睛伤害较大更问题。
OLED 国内现有 14 条产线，存在技术存在差距，但良品率显著提升。其中京东方共计拥有 3 条 AMOLED 产线，总产能达 10 万片/月，并拥有一条年产 100 万片 8 英寸硅基 MicroOLED 线；深天马共计拥有 3 条 AMOLED 产线 2 条，总产能为 3 万片/月。6 代柔性 AMOLED产线为我国平板企业布局重点，现阶段信利光电、和辉光电分别拥有一条产线，京东方、深天马、维信诺、信利光电均为 6 代柔性 AMOLED 产线在建。LG8.5 代 OLED 已于去年投产，为我国境内首条首条大尺寸 OLED 面板线；TCL 华星光电也于今年投资 460 亿开启 8.5 代印刷 OLED 线建设，预计于 2023 年完成。我国 OLED 屏的产品良率已显著提高，将越来越多地进入世界主流手机厂商的供应链中。面板厂商的国产化也将促进我国靶材制造商的下游需求，推动靶材市场的国产化。
4.2 技术难点：4N 级高纯+大尺寸
显示面板用靶材的发展趋势是：高纯金属、大尺寸、高溅射率、晶粒晶向精确控制。平板显示行业主要在显示面板和触控屏面板两个产品的生产环节使用 PVD 镀膜材料。其中，平板显示面板的生产工艺中，玻璃基板要经过多次溅射镀膜形成 ITO 玻璃，然后再经过镀膜，加工组装用于生产 LCD 及 OLED 面板等。触控屏的生产，则还需将 ITO 玻璃进行加工处理、经过镀膜形成电极，再与防护屏等部件组装加工而成。此外，为了实现平板显示产品的抗反射、消影等功能，还需在镀膜环节中增加相应膜层的镀膜。
高纯度、大尺寸要求，价格为半导体靶材的 50%。平板显示靶材金属的纯度需≥99.99%，相对密度要求≥99.5%，电阻率一般小于 1.7μΩ/cm2，抗折叠强度要求≥170MPa。金属期货市场一般市售金属纯度约在 97%-99%，而平板显示靶材要求的金属纯度为 4N，两者相差较大。因此金属提纯是靶材厂商的一大技术难点，也是靶材供应国产化主要技术壁垒。平板显示靶材与太阳能电池靶材价格与纯度要求均相当。而半导体用靶材纯度要求达到 6N 以上，因此其价格比平板显示靶材贵 50%左右。
4.3 市场：全球 52 亿美元，增速 8%；国内 166 亿元，增速 20%
全球视角（面板）：出货由“数量”到“面积”的导向，复合增速预计在 5%。面板行业“量增价降”，市场总规模趋稳。2013-2016 年 FPD 市场规模增速分别为 2.38%、1.55%、-3.05%和-5.51%。2017 年平板显示市场规模达到 1290 亿美元，增速为 7.5%。据 IHS 预测，2018-2020 年平板显示市场规模分别为 1360 亿美元、1420 亿美元、1460 亿美元，增长率分别为 5.43%、4.41%、2.82%。
国内视角（面板）：我国平板显示市场过去 5 年复合增速 27%。根据赛迪顾问预测，2012-2019 年我国平板显示行业复合增速为 27.3%，2019 年达 2753 亿元。中国平板显示过去几年累计投资超过 1000 亿美元，平板显示制造已成为中国第三大制造业，预计中国平板显示产业将成为全球最大规模制造基地。
全球视角（靶材）：2020 年市场规模约 52.03 亿美元，复合增速约 8%。据 IHS DisplaySearch 预测，2019 和 2020 年全球 FPD 市场规模可达 1420 亿美元和 1460 亿美元，增长率分别为 4.41%和 2.82%。根据江丰电子、阿石创招股说明书数据，2016 年球平板显示靶材市场规模为 38.1 亿美元，2013-2016 年复合增长率为 8.9%， 2017-2020 年我们预计若维持 8.1%复合增速，2020 年全球平板显示靶材市场规模将达到 52.03 亿美元。
国内视角（靶材）：2020 年市场规模约 165.9 亿元，复合增速约 20%。国内方面，平板显示制造已成为中国第三大制造业，平板显示在过去几年累计投资超过 1000亿美元，且 2012年至 2015 年间 FPD 市场规模增速均在 20%以上，预计 2020 年中国平板显示产业将成为全球最大规模制造基地。我们预计未来平板显示用靶材市场规模仍将保持 20%左右的增速，在 2020年市场规模将达 165.9亿元。
4.4 竞争：从“高度依赖进口”到“政策加码国产替代”
我国高度依赖进口，日企占据国内市场主导地位。（1）爱发科占据了铝靶 50%的市场份额，其次是住友化学。（2）爱发科占据铜靶 80%的市场份额。（3）钼靶市场主要由奥地利攀时，德国世泰科和日本爱发科垄断，国内四丰电子与阿石创突破钼靶垄断。（4）ITO 靶材市场则主要由日本三井矿业和 JX 日矿金属占据。
从“材料大国”向“材料强国”的战略性转变，国家政策加速面板靶材国产化。近年来国家正在大力推进平板显示行业全产业链的国产化进程，其中作为上游原材料，靶材的国产化进程也在迅速加速。国家“十三五”明确提出，到 2020 年重大关键材料自给率达到 70%以上，初步实现中国从材料大国向材料强国的战略性转变。2015 年 11 月多部委联合发布《关于调整集成电路生产企业进口自用生产性原料、消耗品、免税商品清单的通知》，通知规定，2019 年起从美国、日本进口靶材需要缴纳 5-8%关税。根据 2020 年 9 月 9 日在海关总署查询到的税率信息，背板的溅射靶材组件普通税率达 17%，这有助于促进国内下游厂商优先选择国产靶材产品。
国内靶材厂家百花齐放，进口替代渐提速。近年来以江丰电子、阿石创、有研新材、隆华科技为首的国产靶材供应商在技术创新、认证壁垒等环节持续突破，已经成为了诸多半导体、平板显示、太阳能电池国内外龙头企业的供应商，正在改变我国靶材市场进口依赖的状况。其中江丰电子、阿石创主要供应铝靶和铜靶，四丰电子（隆华科技全资子公司）和阿石创在钼靶领域处于全国领先地位，晶联光电、阿石创、广东先导和映日科技在 ITO 靶材领域技术较为领先。
我国主要面板厂商在逐年提高靶材供给端国产化率，今明两年有望超 50%。我国主要靶材供应商，江丰电子、阿石创、四丰电子等均已成为京东方、华星光电等主要本土面板制造商的供应商。2020 年上半年新冠肺炎在全球范围内蔓延，叠加以美国为首的西方国家对中国高端制造业持续打压，也促使国内显示面板行业开始从战略上重新考量采购和供应渠道。根据预测，2020 年，中电熊猫与天马微电子国产化率均有望从 30%左右提升至 50%，京东方有望从 25%提升至 30%，TCL 华星光电有望从 35%提升至 45%。随着我国靶材生产厂商技术的不断革新与进步以及国家对于面板制造商靶材国产化率不断提出新要求，我国平板显示用高纯溅射靶材的进口依赖会逐步降低。
4.5 主要材料品类：铝、铜、钼、ITO
平面显示领域铜、钼靶用量最大，ITO 靶价值量最高。铝靶价格相对低一些，是平板显示行业常用的溅射靶材。
大尺寸面板对低电阻金属要求提升，带动“铜靶”需求。LG Display 是全球第一家成功实现将铜电极导入量产产线的厂商。2014 年，我国京东方与 TCL 华星光电两家企业也将铜电极应用于部分设备中。铜靶材的技术壁垒主要也是提纯，其纯度要求同样在 4N 以上，需要将硫化铜经干燥前处理后溶解为氧化铜，再通过还原法制成粗铜，最后电器分解提炼为高纯铜，难度很大。
铝靶、铜靶的国产化主要壁垒为高纯原料的提取。铝靶、铜靶的国产化推进程度较高，或已经超过 70%，我国企业江丰电子、阿石创、四丰电子等已经成为了京东方、TCL 华星光电等面板制造商的供应商。新疆众和、云南有色、冶金矿业等也在技术验证过程中。但在高纯度铜铝的供应上，我国现阶段与世界领先企业仍有差距，一致性的稳定批产是基础。
在平板显示行业，钼已经取代铬成为了电极和配线材料的首选。这主要得益于钼相较于铬对环境友好，且其比抗阻和膜应力仅为铬的 50%，性能更优良。钼靶对于金属原料纯度同样要求非常高，纯度要求在 3N5 以上，理论密度在 10.2g/m3以上。钼靶的制备主要通过粉末冶金的方式，控制纯度的关键是选择能实现快速致密化的成形烧结技术，保证低孔隙率，控制晶粒度。钼靶的主要供应商有奥地利攀时、德国世泰科等，国内钼靶供应商包括隆华科技（四丰电子）、阿石创等。
5、 芯片：垄断“围剿”下的单点突破
5.1“芯片”是靶材最顶尖的应用领域
靶材用于“晶圆制造”和“芯片封装”两个环节，在晶圆制造环节主要被用作金属溅镀，在芯片封装环节常用作贴片焊线的镀膜。半导体芯片用金属溅射靶材的作用，就是给芯片上制作传递信息的金属导线。首先利用高速离子流，在高真空条件下分别去轰击不同种类的金属溅射靶材的表面，使各种靶材表面的原子一层一层地沉积在半导体芯片的表面上，然后再通过的特殊加工工艺，将沉积在芯片表面的金属薄膜刻蚀成纳米级别的金属线，将芯片内部数以亿计的微型晶体管相互连接起来，从而起到传递信号的作用。
介质层、导体层、保护层都要使 5N 级以上纯度的靶材溅射镀膜，是制备集成电路的核心材料之一。随着信息技术的飞速发展，对集成电路的要求越来越高，电路中单元器件尺寸不断缩小，元件尺寸由毫米级到微米级，再到纳米级。每个单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层等组成，其中，介质层、导体层甚至保护层都要用到溅射镀膜工艺，因此溅射靶材是制备集成电路的核心材料之一。集成电路领域的镀膜用靶材主要包括铝靶、铜靶、钛靶、钽靶和钨靶等，纯度要求一般在 5N（99.999%）以上，铝靶纯度常常在 5N5（99.9995%）以上，芯片靶材价格相对也最为昂贵。
芯片靶材以铜、钽、铝、钛为主，构建集成电路中的电路互连导体。“铜、钽”的先进工艺可实现降低功耗、提高运算速度等作用，“铝、钛”的 110nm 以上工艺来保证可靠性和抗干扰性等性能，例如：闪存存储芯片、处理器芯片、电源管理、传感器芯片。目前 14nm及 28nm 晶圆技术节点中除了使用“铜”做导线和“钽”做阻挡层之外，还大量使用“钛”作为高介电常数的介质金属栅极技术的主要材料，“铝”作为晶圆接合焊盘工艺的主要材料。总体来看，随着芯片的使用范围越来越广泛，芯片市场需求数量呈爆发性增长，对于铝、钛、钽、铜这四种业界主流的薄膜金属材料的使用也一定会有长期的增长。
5.2 技术：多品种、大尺寸、5N 级高纯
芯片靶材具有多品种、高门槛、定制化研发的特点。芯片靶材主要种类包括：（1）铜、钽、铝、钛、钴和钨等高纯溅射靶材；（2）镍铂、钨钛等合金类的溅射靶材。正是由于芯片靶材使用的金属材质种类非常广泛，在实际提纯、加工、焊接过程技术门槛非常高，需要定制化研发突破。
大尺寸靶材是发展方向，晶粒晶向控制难度持续增加。12 英寸晶圆拥有较大的晶方使用面积，得以达到效率最佳化，12 英寸晶圆相对于 8 英寸晶圆的可使用面积超过两倍以上，每片晶圆可使用率是前期晶圆的 2.5 倍。大尺寸晶圆要求靶材也朝着大尺寸方向发展，但随尺寸增加，靶材在晶粒晶向控制难度呈指数级增加。在溅射过程中，溅射靶材中的原子容易沿着特定的方向溅射出来，而溅射靶材的晶向能够对溅射速率和溅射薄膜的均匀性产生影响，最终决定产品的品质，因此，获得一定晶向的靶材结构至关重要。但要使溅射靶材内部获得一定晶向，存在较大的难度，需要根据溅射靶材的组织结构特点，采用不同的成型方法，进行反复的塑性变形、热处理工艺加以控制。
5N 级是芯片靶材的基本要求，先进制程要求更高纯度的金属。溅射薄膜的纯度与溅射靶材的纯度密切相关，为了满足半导体更高精度、更细小微米工艺的需求，所需要的溅射靶材纯度不断攀升，甚至达到 99.9999%(6N)纯度以上，先进制程要求更高纯度的金属。当溅射靶材受到高速度能的离子束流轰击时，由于溅射靶材内部空隙内存在的气体突然释放，造成大尺寸的溅射靶材微粒飞溅，这些微粒的出现会降低溅射薄膜的品质甚至导致产品报废，例如在极大规模集成电路制作工艺过程中，每 150mm 直径硅片所能允许的微粒数必须小于30 个。
5.3 市场规模：全球 15.7 亿美元，增速 7%
据 SEMI 统计，溅射靶材市场约占晶圆制造材料的 2.6%，约占封装材料的 2.7%。
2020 年全球半导体靶材市场规模将达 15.67 亿美元。据 SEMI 统计，靶材在晶圆制造和封测规模中分别占比约为 3%。全球半导体靶材市场规模与全球半导体材料市场规模变化趋势相近。2011-2014 年间，全球半导体靶材市场规模保持 5%左右的中速增长，2015 年由于封装测试用靶材市场规模下降了 5.45%，导致整体半导体靶材市场规模跟随下降 1.3%。但我们预计未来几年半导体靶材市场整体稳定，仍将保持中速增长，在 2020 年市场规模达15.67 亿美元。
2020 年我国半导体靶材市场规模将达 29.86 亿元。中国半导体靶材市场相较全球市场增速更为明显，处于较快发展阶段。截止到 2017 年底，全球处于规划或建设阶段、预计于2017 年至 2020 年间投产的 62 座半导体晶圆厂中，有 26 座设于中国，占全球总数的 42%。预计 2020 年我国晶圆厂产能将达 150 万片/月，这也将带动国内靶材市场需求大幅增加。同时，随着国产溅射靶材技术的成熟，尤其是国产溅射靶材具备较高的性价比优势，并且符合溅射靶材国产化的政策导向，中国溅射靶材的市场规模和市场份额将进一步扩大和提高。预计 2020 年中国半导体靶材市场规模达 29.86 亿元。
5.4 竞争：从“高度垄断”到政策扶持“单点突破”
芯片靶材市场集中度非常高，日美厂商约占 90%。
芯片靶材生产集中于日美主要原因是：（1）美日半导体厂商对上游原材料靶材的控制力度强。半导体技术更新不断深化，对上游原材料的质量提出更高的要求，以美、日为代表的半导体厂商需要加强对上游原材料的技术创新，从而最大限度地保证半导体产品的技术先进性，因此美国、日本的半导体工业相继催生了一批高纯溅射靶材生产厂商。（2）美日对溅射靶材制造的技术垄断。高纯溅射靶材是以冶金提纯、塑性加工、热处理和机械加工为基础的产业，属于典型的技术密集型产业，生产技术、机器设备、工艺流程和工作环境要求非常严格，美国、日本为代表的溅射靶材生产商在掌握核心技术以后，执行非常严格的保密和专利授权措施，这对新进入行业的企业设定了较高的技术门槛。企业具备规模化生产能力，在掌握先进技术以后实施垄断和封锁，主导着技术革新和产业发展。（3）芯片客户认证周期长，定制化程度高。在供应商与下游用户初步接触后，需要经过供应商初评、报价、样品检测、小批样使用、以及稳定性检测等评价过程，才能成为正式供应商，一般需要 2-3 年，且一旦成为供应商后将与下游客户保持相对稳定的关系。
5G 崛起和全球晶圆制造产能转移推动国内芯片制造市场发展。5G 的增长也将对芯片销售产生直接影响。智能手机业务是所有行业中最大的半导体消费市场，2019 年的全球收入为 877 亿美元，在经历了 2018 年和 2019 年的下滑之后，全球智能手机业务有望在 2020年恢复年度出货量增长，预期到 2020 年芯片销售将增长 7%。同时，半导体市场还将受益于其他领域的重新增长，包括汽车、物联网、数据中心和工业。全球晶圆制造产能逐渐向中国转移。在全球处于规划或建设阶段、预计于 2017-2020 年间投产的 62 座半导体晶圆厂中，有 26 座设于中国，占全球总数的 42%，仅 2018 年，中国大陆就会有 13 座晶圆厂建成投产。新增产线半导体原材料的选取通常采用“就近原则”，有望给我国靶材等半导体核心材料带来快速成长机会。目前国内已量产的 12 寸晶圆厂共有 10 家，总产能 56.9 万片每月；而目前建设中的 12 寸晶圆厂共有 9 家，总产能 54 万片/月。若上述在建产能投产，相当于国内晶圆产能增加 95%，靶材市场需求也会相应大幅增加。
国家政策大力扶持：“863”、“02 专项”、税收等。政策方面，国家高技术研究发展计划“863 计划”、国家科技重大专项“极大规模集成电路制造设备及成套工艺”专项基金“02 专项”、发改委的战略转型产业化项目都有针对性地把溅射靶材的研发及产业化列为重点项目，从国家战略高度扶持溅射靶材产业发展壮大，国家产业政策、研发专项基金的陆续发布和落实，为溅射靶材行业的快速发展营造了良好的产业环境，将有力地引导溅射靶材产业持续健康发展，企业实力进一步增强。2018 年底进口靶材免税期结束。2018 年底进口靶材免税期结束，打开国内靶材国产替代可能。2015 年 11 月多部委联合发布《关于调整集成电路生产企业进口自用生产性原料、消耗品、免税商品清单的通知》，该《通知》规定：进口靶材的免税期到 2018 年年底结束。意味着从 2019 年开始，日、美靶材需要缴纳 5-8%关税，为国内靶材企业创造生存、发展机遇。
一期 1387 亿元、二期 2000 亿元大基金助力。（1）2014 年 10 月，第一期国家集成电路产业投资基金（简称大基金）成立，规模达到 1387 亿元，撬动 5145 亿元的地方基金以及私募股权投资基金，总计约 6500 亿元资金投入集成电路行业。（2）大基金二期成立于 2019 年 10 月 22 日，是一期的升级版。从当前大基金二期规划来看，大基金二期较一期的投资规模提高了 42.86%，最高可投资 2000 亿，覆盖范围是保持原有覆盖，并追加下游 5G、AI 等应用端的成熟企业。随着国产溅射靶材的技术成熟，尤其是国产溅射靶材具备较高的性价比优势，并且符合溅射靶材国产化的政策导向，我国溅射靶材的市场规模将进一步扩大，在全球市场中有望获得更多客户的认可，市场份额进一步提高。
6、 ITO：LCD、OLED、异质结光伏技术构建需求格局
6.1 什么是 ITO 靶材？1600℃高纯烧结的“氧化铟锡”材料
ITO（氧化铟锡）靶材是溅射靶材中陶瓷靶材（化合物靶材）的一种，在显示靶材中占比将近 50%。ITO 靶材就是将氧化铟和氧化锡粉末按一定比例混合后经过一系列的生产工艺加工成型，再高温气氛烧结（1600 度，通氧气烧结）形成的黑灰色陶瓷半导体。ITO 靶材有中低端和高端之分：中低端 ITO 靶材有玻璃镀膜靶材、发热膜和热反射膜靶材，包括汽车的显示屏、一些仪器仪表的显示。高端 ITO 靶材主要用于显示器薄膜靶材、集成电路薄膜靶材以及磁记录和光记录膜靶材，尤其用于大面积、大规格的 LED、OLED 等领域，具备高密度、高纯度、高均匀性等特点。
平板显示和光伏是 ITO 靶材最核心应用领域。ITO 靶材可应用于以下领域：（1）平板显示器（FPD）产业，如薄膜晶体管显示器（TFT-LCD）、液晶显示器（LCD）、高触摸屏（TouchPanel）、等离子管显示器（PDP）、有机电致发光显示（OLED）等；（2）光伏产业，如薄膜太阳能电池；功能性玻璃，如红外线反射玻璃、抗紫外线玻璃如幕墙玻璃、飞机、汽车上的防雾挡风玻璃、光罩和玻璃型磁盘等。其中，平板显示器及太阳能电池是其主要应用领域。
6.2 技术核心：4N-5N 级高纯粉、低电阻率、高密度、大尺寸
ITO 制粉纯度要求为 4N-5N 级，海外技术正占据超额利润。其中含铟（In2O3）90%~95%，含锡（SnO2）10%~5%，一般化学组成为 In2O3：SnO2=9:1（可根据需要改变配比），纯度要求为 4N~5N。制取 ITO 粉体的方法分为湿法和干法两大类。湿法有尿素沉淀法、共沉淀法、有机溶剂共沸法、有机溶剂共沉淀法等，后两种方法因成本高，应用较少；前两种方法比较成熟，应用较多，特别是共沉淀法已被普遍采用。干法即喷雾燃烧法，制备过程是将金属铟和锡按比例配制熔化，搅拌均匀后倒入通入氧气的雾化室，被高速气流冲击雾化成金属微粒，同时发生氧化反应而制成 ITO 粉末。以 ITO 粉末为原料，通过一定的加工工艺将之制成 ITO 棒材，谓之 ITO 靶材（ITO
“常压烧结法”是制备 ITO 靶材的主流技术。最初的生产方法是真空热压法，但是使用这种方法不仅花费的成本比较高，而且还不能够提高工作的效率，更没有让产品的质量得到改善，只适用于低档 TFT-LCD、建筑玻璃镀膜和冰柜玻璃镀膜等低端领域。随后发明了常压烧结法来制备 ITO 靶材，即采用预压方式（或粉浆浇铸）制备高密度靶材素胚，在一定温度和气氛下对靶材素胚进行烧结，通过对烧结温度和烧结气氛进行控制，使靶材素胚生长得到有效控制，达到高致密化及分布均匀。用这种方法生产 ITO 靶材效率高、投入少、成本低、性能好，且能够用于高端显示器中。
“磁控溅射法”是公认制造 ITO 薄膜的最佳方法。ITO 薄膜的制备方法很多，目前应用最广的有磁控溅射法、激活反应蒸发法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶工艺等。其中采用高密度和高纯度靶材的磁溅射工艺是目前制备 ITO 薄膜发展最成熟的技术，已在工业上得到了广泛应用，尤其是大面积高性能导电薄膜的制备，其导电性能、光学性能、均匀性能以及稳定性能都要高于其他方法所制薄膜。
低电阻率、高密度、大尺寸是 ITO 靶材发展关键。（1）降低电阻率。随着 LCD 愈来愈精细化发展的趋向，以及它的驱动程序不同，需要更小电阻率的透明导电膜。（2）高密度化。靶材密度的改善直接带来的益处主要表现在减少黑化和降低电阻率方面。靶材若为低密度时，有效溅射表面积会减少，溅射速度也会降低，靶材表面黑化趋势加剧。高密度靶的表面变化少，可以得到低电阻膜。靶材密度与寿命也有关，高密度的靶材寿命较长，意味着可降低靶材成本。（3）尺寸大型化。随着液晶模块产品轻薄化和低价化趋势的不断发展，相应的 ITO玻璃基板也出现了明显的大型化的趋势，因此 ITO 靶材单片尺寸大型化不可避免。（4）靶材本体一体化。如前所述，靶材将朝大面积发展，以往技术能力不足时，必须使用多片靶材拼焊成大面积，但由于接合处会造成镀膜质量下降，因此目前大多以一体成形为主，以提升镀膜质量与使用率。未来新世代 LCD 玻璃基板尺寸的加大，对靶材生产厂家是一项严苛的挑战。（5）使用高效率化。靶材使用率的提升，一直是设备商、使用者及靶材制造商共同努力的方向。目前靶材利用率可达 40%，随着液晶显示器行业对材料成本要求的提高，提高 ITO靶材的利用率也将是未来靶材研发的方向之一。
6.3 市场：LCD、OLED、异质结光伏等均需要 ITO
全球 ITO 复合增速 5.5%左右，2019 年需求约 1680 吨，中国需求占比 49%。LCD 和 OLED 玻璃基板均需要多次溅射镀膜形成 ITO 玻璃，是当前 ITO 靶材的主要需求。平板显示面板的生产工艺中，玻璃基板要经过多次溅射镀膜形成 ITO 玻璃，然后再经过镀膜，加工组装用于生产 LCD 面板、PDP 面板及 OLED 面板等。触控屏（TP）的生产，则还需将 ITO 玻璃进行加工处理、经过镀膜形成电极，再与防护屏等部件组装加工而成。ITO靶材就是平面显示镀膜材料的一个重要品种，占比将近 50%。2016-2018 年全球平板显示市场规模从 16518 亿美元增长到 19289 亿美元。随着全球平板显示产业中心逐步向中国转移，中国平板显示市场规模从 2013 年开始一直处于快速增长阶段，从 2013 年的 688 亿元达到2018 年的 2388 亿元，预计到 2019 年，中国平板显示市场规模将会达到 2753 亿元。
“薄膜太阳能电池”是 ITO 靶材需求的第二增长极。太阳能电池主要分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池，ITO 靶材主要应用于后者。受限于晶体硅太阳能电池的转化效率已经接近其理论值，而薄膜太阳能电池的转化效率在逐年提高，加之薄膜太阳能电池理论效率高、材料消耗少、制备能耗低，且产业化技术逐步成熟，未来发展前景看好。2016-2019 全球薄膜太阳能电池产量从 4832MW 增长至 2019 年的 6432MW，年复合增长率 10%，预计2022 年可达 7256MW。中国薄膜太阳能电池产量也呈现了欣欣向荣的发展趋势。2019 年，中国薄膜太阳能电池产量为 862MW，增速 12.7%，预计 2020-2022 也将以类似的增速增长，到 2022 年产量可达 1102MW。
异质结（HIT）在制备 TCO 导电膜阶段需要 ITO 靶材。异质结是晶体硅+薄膜结合，从而也结合了单晶硅和非晶硅太阳能电池的优点，其结构简单，制备工艺技术精简、生产成本低、转化效率高，因此其市场竞争力强。HIT 太阳能电池最早由日本三洋公司于 1990 年成功开发，2015 年三洋的 HIT 专利保护结束，技术壁垒消除，是我国大力发展和推广 HIT 技术的大好时机，而异质结电池在制备 TCO 导电膜阶段主要用的材料为 ITO 靶材，因此也有助于刺激 ITO 靶材需求扩大。光伏常用溅射靶材：铝靶、铜靶、钼靶、铬靶以及 ITO 靶、AZO 靶等，纯度一般在 99.99%以上。其中，铝靶、铜靶用于导电层薄膜，钼靶、铬靶用于阻挡层薄膜，ITO 靶、AZO 靶用于透明导电层薄膜。薄膜太阳能电池的转化率在逐年提高，且相较于晶体硅太阳能电池成本更低。因此，薄膜太阳能电池的市场占有率在逐步提高。此外，随着全球用电量的不断增长，以石油、煤炭、天然气为主的石化能源储藏量不断减少，且以化石能源为主体的能源消费结构带来的环境污染和气候变化等问题日益突出，全球能源结构转型已经成为共识许多国家也纷纷出台政策鼓励开发新能源、扶植光伏产业。薄膜太阳能电池的市场规模也有望随着应用领域拓展提升。此外，随着全球太阳能产业逐步深化，太阳能光伏年度新增装机容量呈现快速增长的态势，全球光伏机容量保持高速增长，增速均在 25%以上，2020 年世界薄膜太阳能电池产量将达 6635MW。
2020 年全球光伏靶材市场规模将达 57.13 亿美元。据 Allied market research 预测，薄膜太阳能电池市场规模未来几年会呈现逐年递增的趋势，并于2023年突破395亿美元大关，年复合增长率超过 19%。预计未来几年，全球太阳能电池行业仍然处于产业上升阶段，市场进一步全球化同时拉动太阳能电池用靶材市场规模保持 20%以上的增速，我们预计2020 年全球太阳能电池用靶材市场规模将达 57.13 亿美元。
2020 年我国光伏靶材市场规模将达 37.54 亿元。近年来，我国光伏机容量增速高达 50%以上，2016 年更是达到了 79.3%，远远高于全球增速。预计未来几年，我国将持续加快能源结构优化调整，推动太阳能电池市场保持持续平稳的增长态势，扩大在未来太阳能电池市场中的应用。同时，作为薄膜太阳能电池上游的太阳能电池靶材市场规模也保持高速发展。我们预计 2020 年，中国太阳能电池用靶材市场规模可达 37.54 亿元。
6.4 竞争：日矿和三井占据高端 TFT-LCD 用 ITO 靶材市场
日韩企业处于垄断地位，日矿和三井占据高端 TFT-LCD 用 ITO 靶材市场。目前 ITO 靶材制备几乎由日、韩垄断，代表企业有 JX 日矿金属、三井矿业、东曹、韩国三星等，其中日矿和三井两家几乎占据了高端 TFT-LCD 市场用 ITO 靶材的全部份额和大部分的触摸屏面板市场，每家年供应量据称达到 600 吨以上。目前中国 ITO 靶材供应超一半左右依赖进口。
本土厂商生产的 ITO靶材主要供应中低端市场，仅占国内市场 30%的份额；而高端TFT-LCD、触摸屏用 ITO 靶材几乎全部从日本、韩国进口，占据了 70%的市场份额。
晶联光电、先导、阿石创等国内 ITO 靶材企业正逐渐突破关键技术。未来随着国内 ITO 靶材高端生产技术的逐渐成熟及规模化生产，国内高端显示器用 ITO 靶材产品长期依赖进口的局面将逐步改变。
晶联光电（隆华集团子公司）：在 TFT 领域通过客户测试认证并实现批量供货的国产 ITO靶材龙头企业。广西晶联光电材料有限责任公司成立于 2007 年 9 月，是隆华集团旗下一家专业从事氧化铟锡（ITO）靶材研发、生产和销售的高新技术企业。2013 年 8 月，公司实现重大技术突破，成功掌握了生产高端 ITO 靶材的常压烧结技术。2014 年 3 月，公司在大力开拓 TP 市场的基础上，积极布局 TFT 领域。2015 年 6 月，成功通过信利半导体 TFT2.5代线认证并逐步实现批量导入。2016 年 3 月，成功通过京东方 6 代线认证并获得续单，实现国产 ITO 靶材在高世代面板应用领域“零”的突破。随后在已具备年产 60 吨高性能 ITO平面靶材的生产条件的基础上，公司新建 200 吨/年 ITO 靶材扩产项目（其中 ITO 管靶生产能力规划 60 吨/年）于 2017 年 2 月在洛阳隆华公司厂区内动工建设，计划 3 年内分步建成年产 200 吨 ITO 靶材配套生产线。
阿石创：福建阿石创新材料股份有限公司成立于 2002 年，公司掌握了高密度 ITO 靶材的全套制备技术，具备纳米陶瓷粉末制备、高压注浆成型、富氧烧结等高技术含量生产技术，所制备的 ITO 靶材已成功在高端平面显示器生产线实现量产应用。先导：先导薄膜材料（广东）有限公司成立于 2014 年 9 月，公司主要致力于研发、生产和销售旋转平面 ITO 溅射靶材，以及其他相关产品。ITO 的主要原料是金属铟，铟价格处于历史底部。ITO 靶材生产所消耗的铟锭占全球铟消费总量的 70%左右，其它包括电子半导体领域、合金和焊料领域、研究行业。全球预估铟储量仅 5 万吨，其中可开采部分仅有 50%。而铟资源的分布也极不平衡，我国是世界上铟资源最丰富的国家，已探明储量占比达 72.7%。据 wind 数据，当前国内铟锭价格处于 2013年以来历史低位。同时，受进口靶材免税政策即将到期的影响，未来进口靶材的成本有可能会大大增加，从而使国产 ITO 靶材供应成本优势更加显著。
政策加速 ITO 靶材国产化进程，国产具备成本和性价比优势。2011 年 6 月，国家发改委、科技部、工信部、商务部、知识产权局《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011年度）》，提出要重点发展“TFT-LCD 用靶材”；2012 年 2 月，工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》将 ITO 靶材、平板显示玻璃（TFT/PDP/OLED）列为发展重点；2013 年 2月，发改委将“新型显示器件及其关键件”列为《产业结构调整指导目录》鼓励类项目；2017年 6 月，工信部发布《重点新材料首批次应用示范指导目录（2017 年版）》，提出了平板显示用 ITO 靶材、平板显示用高纯钼靶材等重点新材料的应用领域。伴随 ITO 技术和产能突破瓶颈，国产 ITO 靶材凭借成本和性价比优势将逐步占领市场。
7、 高纯金属：5N 芯片级，任重道远
7.1 什么是高纯金属？
靶材原料依赖进口，铜、钛小部分自产高纯金属是制作靶材的核心原材料，所含杂质以 ppm 计算。金属的纯度是相对于杂质而言的，广义上杂质包括化学杂质(元素)和物理杂质(晶体缺陷)。生产上一般以化学杂质的含量作为评价金属纯度的标准，即以主金属减去杂质总含量的百分数表示，常用 N(nine 的第一个字母)代表，如 99.9999%写为 6N，99.99999%写为 7N。所谓的“高纯”和“超纯”具有相对的含义，是指技术上达到的标准。由于科学技术的发展，也使得“高纯”和“超纯”的标准在不断升级。例如过去高纯金属的杂质为 ppm 级(即百万分之几)，超纯半导体材料的杂质为 ppb 级(十亿分之几)，而现在己经逐步发展到以 ppb 级(十亿分之几)和 ppt 级(一万亿分之几)来表示。同时各个金属的提纯难度不尽相同，如半导体材料中称 9N 以上为高纯，而难熔金属达 6N 己属超高纯。5N 级高纯铜、钛已自主研发获得小批量生产。
高纯金属材料提纯可分为“物理提纯”和“化学提纯”两类方法，在实际的应用中，通常采用多种手段的物理、化学方法联合提纯实现高纯材料的制备。
（1）“化学提纯”是基础，主要使用湿法中的“电解精炼提纯”，例如铜、钛、钴等。
（2）“物理提纯”是利用主体金属与杂质元素物理性质的差异，采用蒸发、凝固、结晶、
扩散、电迁移等物理过程去除杂质，实现主体金属材料的高纯化。
7.2 高纯铝：海德鲁 5N5 级领先，三层电解和偏析法是主流路径
高纯铝的提纯方法主要有“三层电解法”和“偏析法”。偏析法生产高纯铝的电耗不足三层电解法的 1/5，但是无法生产超高纯铝；三层电解法虽然能耗高，但是可以生产 99.999%（5N）及 99.9999%（6N）的超高纯铝。（1）“三层电解法”是美铝公司的 Thomas Betts于 1901 年发明，后来又由美铝的工程师 Hoopes 于 1922 年实现工业化生产，因制备槽内有三层液体而得名。利用该方法进行冶炼时，主要利用阳极含 Al-Cu 母合金熔体、熔融电解质和阴极精铝熔体之间的不同密度（依次为 3.0,2.7,2.3g/cm3）使电解槽内保持三层熔体的各自状态。精铝电解槽有一个加入原料的加料口，此口用于加入铝液、交换母合金和捞取沉入槽底的渣。该方法的原理是利用电解质中金属元素不同电极电位来析出高纯度的铝。例如 Fe、Si、Cu、Zn 等是不发生阳极溶解的金属；而残留在阳极中的比铝更负电性的 Na、Ca、Mg等杂质不会在阴极上析出并残留在电解质中。（2）“偏析法”利用偏析的原理让不纯物多的部分和不纯物少的部分分离开来，取出不纯物少的部分，得到高纯度的铝。从冶金学来说，铝中不纯物分为共晶体和包晶体两大类。有代表性的共晶体是 Al-Si 二元系。当含 Si 的熔体降低温度开始冷却凝固时，最先结晶的是铝，之后，将结晶的铝与熔融的含硅铝的共晶体合金分离，即获得高纯铝。由于铝中不纯物基本上是共晶体，因此偏析法可以生产高纯铝。挪威海德鲁是全球 5N5 级高纯铝行业最大的公司。海德鲁掌握三层液电解法和偏析法两种生产高纯铝的方法，这是海德鲁在高纯铝行业中最大的优势。海德鲁铝业在日本的高纯铝工厂使用的联合法，就是以 99.7%-99.9%的原铝为原料，先用三层电解法提纯到 99.99%，而后通过偏析法可获得 5N-6N 或更高级的高纯铝和超纯铝。海德鲁对高纯铝的研究在全球范围内最早，也是最早进入半导体的企业。
日本、中国、德国和俄罗斯是全球高纯铝主要生产国，日本采用“偏析熔炼法”产量居世界第一。德国和俄罗斯多采用三层液电解精炼法生产高纯铝。近年来，随着社会经济和高新技术产业的迅猛发展，中国已成为世界铝生产、消费和出口的大国，并逐步成为世界铝业发展的风向标。中国是世界第二大高纯铝生产国，生产技术较为先进，主要采用三层液电解精炼法和偏析熔炼法。国内具备高纯铝生产能力的企业主要有：新疆众和、包头铝业、贵州铝业、山西关铝、霍煤鸿骏高精铝业和宜都东阳光铝等公司。
7.3 高纯铜：芯片导电层，“电解精炼法”是主流，部分国产替代
高纯铜指纯度为 5N-6N 的铜金属，主要用于芯片、TFT-LCD 等领域的导电层。6N 铜的某些性能与金相似，具有良好的导电性、延展性、抗腐蚀能力和表面性能，同时软化温度也很低。高纯铜的制备方法主要有电解精炼法、区熔精炼法和阴离子交换法。其中电解精炼是获取高纯铜的主要方法，在提纯铜的方法中电解精炼法应用最广、实践最多、技术最成熟。在今后规模生产超高纯铜的方法中，电解精炼法是最有前景的。电解精炼超高纯铜的主体是对电解液进行高度纯化，用较高纯度的铜进行再电解，根据电解液的种类，可分为：硫酸铜溶液体系、硝酸铜溶液体系、硫酸铜溶液+硝酸铜溶液体系三种。区熔精炼是获得超高纯金属的主要方法，区熔精炼是一物理过程。当一个狭窄的熔区沿一个金属料锭，由一端向另一端移动时，其中使金属凝固点降低的杂质，将随熔区前进的方向移动，而使金属凝固点升高的杂质，将随熔区前进的反 方向移动，这样经过多次以后，金属中的两类杂质将分别集中在金属料锭的两端，而其余的部分就被纯化。铜的区熔精炼是从 1955 年开始发展起来的，其已成为当今精炼超高纯铜的基本方法，其中最引人注目的是“漂浮区熔精炼法”和“脱硫区熔精炼法”。
有研亿金高纯金属制造主要包括 6N 超高纯电解铜、5N 高纯电解钴、5N 高纯金等产品，在研的高纯金属包括 5N 高纯钛、6N 高纯银、5N 高纯铂、5N 高纯钌等。其中，超高纯铜产品纯度稳定达到 6N，最高纯度为 7N，产能达到年产 100 吨以上，成为我国屈指可数实现6N 超高纯铜原料工业化批量稳定生产的企业，产品率先应用于国产高性能溅射靶材和蒸发材料的生产，打破了国外对电子信息用超高纯原材料的垄断。
宁波微泰真空技术有限公司电子级超高纯铜项目在浙江“千人计划”余姚产业园正式投产。宁波微泰真空技术有限公司成立于 2016 年 10 月，专业生产用于集成电路、平板显示、太阳能电池等电子信息产业用的超高纯铜和铜合金铸锭。公司以超高纯电解铜为原料，采用高真空感应熔炼炉制备纯度大于 6N 的超高纯铜和铜合金铸锭。公司现有高真空感应熔炼炉6 台，具有年产超高纯铜和铜合金铸锭 300 吨的产能。微泰公司电子级超高纯铜材料生产线投产，打破了国外对集成电路芯片制造关键原材料的垄断，有效降低集成电路芯片及平板显示行业生产成本，将带动我国半导体材料产业链相关产业的技术提升，推进半导体产业进一步发展，提高我国相关行业在国际市场上的竞争力。
河南国玺超纯股份有限公司的超纯金属材料产业化项目位于先进制造和高新技术产业链条前端，自主研发的新一代国际先进的规模化生产 6N 超纯锌、铜等超高纯金属材料技术，具有绿色高效、节能环保、规模效益显著等特色优势，打破了西方国家的技术垄断，填补了国内市场空白，可满足尖端科研、高端装备制造等高新技术领域应用的高品质超纯金属材料国产化的需求。目前，公司已完成了具有国际先进水平的高品质 6N 超纯铜及 6N 超纯锌生产线建设，并批量投入生产，产品已应用到先进制造领域和军工部门，取得了较好的经济效益和社会效益。伴随公司申报的“河南省超纯金属材料工程技术研究中心”获批，未来的公司科技创新机制将进一步完善，创新活力将进一步提高，科技成果转化能力将进一步增强。2015 年，公司取得了具有国际先进水平的《规模化生产高品质 6N 超纯锌工程技术》和《规模化生产高品质 6N 超纯铜工程技术》两项科研成果，取得了八项实用新型专利，申请了两项发明专利。
7.4 高纯钛：芯片阻挡层核心材料，“碘化法”是提纯技术主流
在超大规模集成电路芯片中，钛是较为最为常用的阻挡层薄膜材料之一（相应的导电层薄膜材料为铝）。对于 4 兆位的超大规模集成电路，要求钛的纯度达到 4N5-5N 级，而 16 兆位的第三代超大规模集成电路则要求 钛的纯度达到 6N 级。纯钛一般指纯度大于 99%的钛材料，而高纯钛是指纯度达到 99.99%甚至更高的钛材料。高纯钛具有密度低、熔点高、耐腐蚀性好、塑性好等特点，近年来随着航空航天和电子信息等高科技行业的发展，高纯钛的需求量正在不断增加。作为钛系列产品中的一员，高纯钛除具有密度低、熔点高、抗腐蚀性强等性质外，还具有强度低、塑性好（延伸率可达 50%~60%，断面收缩率可达 70%~80%）等特点。伴随着快速发展的信息技术、半导体技术等领域，增加了高纯钛在溅射靶材、DRAMs、平板显示器及集成电路等方面的用量，对钛纯度也有越来越高的要求。涉及半导体超大规模集成电路的行业，用钨钛化合物、钛硅化合物、钛氮化合物等作为扩散阻挡层及配线材料来控制电极，而溅射法是这些材料通常采用的制备方法。溅射法使用的钛靶材有较高的纯度要求，而对放射性元素及碱金属的含量则有较低的要求。高纯钛的生产方法主要有克劳尔法、熔盐电解法、碘化法等。克劳尔法的纯度可达 4N-5N，熔盐电解法和碘化法的纯度可达 5N-6N。
“克劳尔法”是国内外批量生产海绵钛的主要方法 ，其还原反应如下式所示：TiCl4+2Mg(l)→Ti(s)+2MgCl2(l)。克劳尔法生产海绵钛的具体工艺流程为：首先是要进行选矿，然后将钛矿在石油焦和氯气的作用下制得到粗 TiCl4，再经过蒸馏除杂和反应除钒后得精制TiCl4，精制 TiCl4 加入到盛有熔融 Mg 液的特定反应容器中进行还原，反应结束后蒸馏除去过剩的 Mg 和 MgCl2，得到海绵状的钛坨，最后取出钛坨经过粉碎、分级、封装等得到商品海绵钛。日本自 1987 年住友钛公司就采用克劳尔法生产出了 3N8 级海绵钛以来，经过多年的技术革新，2001 年已经能够生产出 5N 级高纯钛。
“碘化法”利用碘几乎不溶于钛，但能够与钛反应的原理提纯钛。早在 1952 年，碘化法就已经提出，它是目前生产超高纯度钛的主要方法之一。其发展经历了传统碘化法和新碘化法两个阶段。传统碘化法的基本原理是把纯度较低的钛原料(粗钛)与碘一起充填于密闭容器中，在一定温度下发生碘化反应，生成 TiI4，再把 TiI4 通入加热的钛细丝上进行热分解反应，析出高纯钛，游离的碘再扩散到碘化反应区。传统碘化法可以生产出高纯钛，且在工业生产中有着重要的地位。目前国内生产高纯钛时常采用传统碘化法。但是，传统碘化法尚存在如下问题：（1）反应在电热丝上进行，容器盛放粗钛量有限，反应速度慢，生产效率低；（2）由于是通电加热，沉积层导致电加热丝电阻变化，致使温度控制困难，甚至导致加热丝熔断；（3）容易受到来自反应容器的污染。为了解决传统碘化法存在的问题，日本住友钛公司发明了一项新的碘化法。该方法可以生产出纯度达到 6N 级的高纯钛。其基本原理是将气化的四碘化钛通入反应容器内把粗钛还原成低级的二碘化钛，二碘化钛再在沉积表面被加热分解，同时除去过剩的碘化物，使得反应连续进行，最后析出高纯钛。
“熔盐电解法”高纯钛只有 Honeywell 和住友可以生产。电子级高纯钛生产工艺复杂，成本较高，很长时期以来，国际上只有美国（Honeywell）和日本（住友钛）等几家企业掌握了高纯钛的生产技术，能规模化生产质量稳定的高纯钛产品。中国于 2007 年起开始熔盐电解高纯钛生产的实验室研究，依靠自主开发、创新，经历了半工业试验、小型工业试验。但总体而言目前国内在电子级高纯钛的基础研究和工业化生产还处于起步阶段。
打破垄断，江丰电子材料公司“年产 250 吨电子极低氧超高纯钛项目”。超高纯钛（99.995%）属国家战略性新材料，长期以来只有美国霍尼韦尔、日本东邦和大阪钛业三家公司能生产，中国的超高纯钛完全依赖进口，长期受制于美日两国，且价格居高不下。宁波江丰电子材料公司董事长姚力军带领团队自主研发攻关，将纯度为 99. 8% 的海绵钛提纯至99. 999%的钛晶体，再通过真空电子束熔炼设备，将晶体铸造成高纯度钛材。目前，“年产250 吨电子极低氧超高纯钛项目”已正式投产，产出了中国第一炉低氧超高纯钛，彻底打破了美日等国长期垄断。该项目拥有完全自主知识产权，并具有能耗低、产品附加值高等特点，将为延伸有色金属产业链提供核心技术支撑，带动我国新材料产业发展。
7.5 高纯钽：芯片阻挡层，14-90nm 技术节点
钽作为阻挡层通常用于 90-14 纳米技术节点的先端芯片中，所以钽靶及其环件是制造技术难度最高、品质保证要求最严的靶材产品，之前也仅有美国和日本的少数几家跨国公司（即霍尼韦尔、日矿金属、东曹、普莱克斯等）能够生产。随着国际市场对智能手机、平板电脑等消费类电子产品需求量的爆炸式增长，高端芯片的需求大幅增加，拉动高纯钽需求。
钽的制取方法主要有：钠热还原法、碳热还原法和熔盐电解法。钠热还原法生产钽粉即在惰性气氛中用金属钠将氟钽酸钾还原成金属钽粉的过程，是电容器级钽粉制取的重要方法和工业上生产金属钽粉（包括冶金级钽粉）的主要方法，所得金属钽粉的粒形复杂、比表面积大，适于作钽电解电容器的阳极材料，亦可经过钽电子束熔炼、钽真空电弧熔炼或钽真空烧结法精炼，制成高纯钽锭或钽棒，再加工成各种钽材。为获得高纯钽粉，除主要原材料氟钽酸钾、钠及稀释剂氯化钠(或 NaCl+KCI)、氩气(或氦气)必须达到所要求的纯度外，还必须在不同温度下预先经过严格的脱水处理。氟钽酸钾有时还需要在 598～648K 温度下进行真空热处理，俗称活化。氟钽酸钾经真空热处理能除去其中的残留有机物和氟氢酸，并使氟钽酸钾晶粒细化，在还原中获得更细的钽粉。20 世纪 70 年代以来，广泛采用添加掺杂剂的办法来提高钽粉的比电容。常用的掺杂剂为磷酸盐，可在氟钽酸钾结晶前或结晶后掺入，亦可在钽粉真空热处理前掺入。掺杂物能在钽阳极块烧结过程中防止钽粉过分烧结，从而可避免钽阳极块比表面积的缩小。采用金属陶瓷过滤器或冷阱法，净化除去金属钠中的氧化物。
宁夏东方钽业股份有限公司：国内最大的钽、铌产品生产基地。公司主要从事稀有金属钽、铌、铍、钛及合金等的研发、生产、销售和进出口业务。目前已形成钽金属及合金制品、铌金属及合金制品、铍合金材料、钛金属及合金材料、光伏材料和能源材料六大类产品。上述产品被广泛应用于电子、通讯、航空、航天、冶金、石油、化工、照明、原子能、太阳能等领域。公司是国家高新技术企业，是国内最大的钽、铌产品生产基地、科技先导型钽、铌研究中心；公司行业地位稳定，50 多年的发展沉淀，使公司拥有钽铌全系列产品，形成完整的产品链体系，形成公司核心竞争力。在行业内产品具有较强的市场竞争力，市场占有率高在钽铌产业研发投入、科技创新，钽铌产品的分析检验、行业标准的制定等方面在国内发挥了不可替代的作用。中国有色金属工业协会钽铌分会办事机构设在东方钽业，公司是“国际钽铌研究中心(TIC）”执行委员单位。公司在引领钽铌产业的发展，在国家钽铌产业发展战略的制定方面，承担重要的责任，发挥积极的作用。
7.6 高纯钨：芯片门电路接触层，日本三巨头把持
钨是世界上已知熔点最高的金属（3410℃），由于其具有熔点高、硬度大、化学性质稳定、耐辐照等特点，广泛应用于高端工具、电子信息、军工国防、航空航天、核能工程等领域，是一种极为重要的战略稀有金属。5N 级高纯钨在 2010 年消耗量为 500t，2020 年预计消耗量将增加到 1200t。目前国内在高纯钨精炼工艺方面，仍只是采用简单的真空脱气处理除去间隙杂质，产品纯度受到一定的限制，与日美差距明显，国际上日立金属、住友化学、三菱金属等把持着高纯钨的提纯技术。
高纯钨生产工艺主要有“湿化学法”和“物理法”。其中湿化学法是通过萃取、离子交换等手段将钨盐不断提纯，得到纯化后的仲钨酸铵（APT）后再通过煅烧、还原等工序得到高纯钨粉。物理法是将纯度较低的钨粉或钨锭通过真空除杂、区域熔炼等手段技术进一步提纯到 5N 以上的工艺。
日立金属、住友化学、三菱金属把持高纯钨提纯技术。上世纪 40 年代，日本开始高纯钨的研制，相关公司主要有日立金属、住友化学、三菱金属等。2005 年，日本一家冶金公司研制出一种纯度为 6N 的钨靶材；该材料经高温处理后具有良好的耐热性和与氧化钽的相容性，可取代二硅化钼和二硅化钨作为布线材料。美国也大量生产和消耗高纯钨及相关材料，申请了多项相关专利。美国专利 4092400(V. Zbranek 等申请)提出了从黑钨矿中生产高纯钨化合物的方法; 美国专利 4762695(Hiroshi Endo 等申请)报道，采用低级氧化钨为原料，其产品纯度满足超大规模集成电路元件的靶材要求；美国专利 3052586(Drobnik 等申请)提出了用胺和有机溶剂的混合液回收 APT；美国专利 3206303(Goren 等申请)阐述了在制备高纯钨时除去钨酸盐中杂质 Si 的重要性。此外，德国的 Starck、奥地利的 Plansee 等公司也是国际领先的高纯钨生产商，其生产的高纯钨、超高纯钨及其相关产品在半导体、微电子、太阳能等领域得到了广泛应用。
宁波江丰电子自 2011 年起申请钨靶材相关的系列专利，是目前拥有钨靶材相关专利最多的企业。同时 2015 年江丰电子牵头制定了国家标准《电子薄膜用高纯钨及钨合金溅射靶材》，为规范我国高纯钨靶材质量提供了重要依据。苏州鑫沣电子科技有限公司 2017 年申请化学气相沉积制备高纯钨靶材的专利（CN109609926A），利用气相沉积法制备高纯钨靶材制品的专利。湖南欧泰公司 5N 高纯钨的年生产能力超过 30t，在半导体行业的高纯金属基础材料方面显示出很大的技术优势。
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