Galliumarsenid ist das Halbleitermaterial der zweiten Generation, das hauptsächlich in der drahtlosen Kommunikation und anderen Bereichen eingesetzt wird.Nach dem Research Report of strategy analytics, in 2018, war der Gesamtwert des globalen GaAs-Komponentenmarkts (einschließlich des Komponentenoutputs von IDM-Herstellern) etwa 8.87 Milliarden US-Dollar, der einen Rekord hoch erreichte, mit einem Jahr-zu-Jahr Wachstum von 0.45% im Vergleich zu 8.83 Milliarden US-Dollar in 2017.Laut Yole, von 2018 bis 2024, hat der globale GaAs-Komponentenmarkt eine durchschnittliche jährliche Mischwachstumsrate von 10%, einschließlich 3% CAGR in der Mikroelektronik und 54% CAGR in der Optoelektronik.Bis 2024 wird der globale GaAs-Komponentenmarkt die Milliarden von US $15.71 erreichen.
Galliumarsenid, das Halbleitermaterial der zweiten Generation, hat einen ausgereiften Herstellungsprozess, und seine nachgeschaltete Anwendung ist hauptsächlich Kommunikation
Integrierte Schaltungen sind hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: Siliziumhalbleiter und zusammengesetzte Halbleiter. Halbleiter mit Silizium als Substrat gehören zur ersten Generation von Halbleitern, zusammengesetzte Halbleiter mit Galliumarsenid als Substrat der zweiten Generation und zusammengesetzte Halbleiter mit Galliumnitrid als Substrat zur dritten Generation von Halbleitern.Silicon-basierte Halbleiter-integrierte Schaltungen werden hauptsächlich in digitalen Anwendungen eingesetzt, wie Mikroprozessoren, Logic ICs, Speicher usw.; zusammengesetzte Halbleiter-integrierte Schaltungen werden hauptsächlich in analogen Anwendungen wie mobile Kommunikation, globales Positionierungssystem, Satellitenkommunikation, Kommunikationsstation, nationaler Verteidigungsradar, Luft- und Raumfahrt, Militärwaffen und andere Leistungstypen, Geräuschverstärker und andere verwandte MMIC-integrierte Chips eingesetzt.Derzeit befindet sich die Halbleiterlokalisierung der zweiten Generation in einem frühen Stadium.Die dritte Generation von Halbleitern wird vor allem durch Siliziumkarbid (SIC) und Galliumnitrid (GAN) vertreten. Durch seine breite Bandlücke, hohe Wärmeleitfähigkeit, hochentwickeltes elektrisches Feld, hohe Strahlungsbeständigkeit und andere Eigenschaften hat die dritte Generation von Halbleitern Vorteile, die die ersten beiden Generationen von Halbleitern in vielen Anwendungsbereichen nicht miteinander vereinbaren können, und man erwartet, dass sie durch den Entwicklungsengpass der ersten und zweiten Halbleitergeneration mit großem Marktapplikationspotenzial durchbrechen.
Abbildung 1: Entwicklung von Halbleitermaterialien
Seit den 1950er Jahren wurden verschiedene GaAs-Monokristallwachstumsmethoden entwickelt.Die wichtigsten industriellen Wachstumsprozesse sind derzeit die flüssig versiegelte direkte Zugkraft (LEC), die horizontale Bridgman (HB), die vertikale Bridgman (VB) und die vertikale Erstarrung (VGF).
Abbildung 2: Vergleich der GaAs-Monokristallwachstumsmethoden
Im Vergleich zu den üblichen Silizium-Halbleitern haben GaAs Halbleiter die Eigenschaften von Hochfrequenz, Strahlungsbeständigkeit und Hochspannungsbeständigkeit, so dass sie weit verbreitet in der gängigen kommerziellen drahtlosen Kommunikation, der optischen Kommunikation und fortgeschrittenen nationalen Verteidigungs-, Luftfahrt- und Satellitenanwendungen eingesetzt werden, unter denen die Popularität der drahtlosen Kommunikation eine wichtige Antriebskraft für die Erzeugung von Gallium Arsenid OEM Geschäftsmodell ist.Als Beispiel für das Mobiltelefon und das drahtlose Netzwerk (Wi-Fi) sind die Schlüsselkomponenten des Funkfrequenzmoduls im System Leistungsverstärker, RF-Schalter und Low-Noise-Verstärker. Derzeit bestehen die meisten RF-Leistungsverstärker aus GaAs-Halbleitern.GaAs-Halbleiter ist aufgrund seiner materiellen Eigenschaften zu einem wichtigen Schlüsselelement der drahtlosen Kommunikation, der optischen Kommunikation und der fortgeschrittenen nationalen Verteidigung, der Luftfahrt und des Satellitens geworden. Gleichzeitig konstruiert er Wafer-Gießereitechnologie, Design-Prozess und Verifikationsmodus, die sich von Silizium und anderen Halbleitern unterscheiden, um der schnellen Entwicklung des drahtlosen Kommunikationssystems gerecht zu werden und so die Exklusivität und Einzigartigkeit seines Feldes zu erhalten.
Im Hinblick auf den aktuellen Technologietrend und die Entwicklung wird GaAs hauptsächlich im Kommunikationsbereich und im nationalen Verteidigungs- und Raumfahrtbereich eingesetzt, wobei 60% bzw. 10% berücksichtigt werden.
Abbildung 3: Aufschlüsselung der GaAs-Industrie in 2018 (Einheit:%)
Mit Blick auf die nächste Generation der 5g-Technologie wird ihre Datenübertragungsgeschwindigkeit 100-mal der aktuellen 4G LTE sein. Derzeit kann nur der GaAs-Leistungsverstärker mit dieser schnellen Datenübertragung fertig werden und wird die Kostenleistungslücke zwischen GaAs und dem Silizium-Prozessverstärker weiter vergrößern.
In den letzten Jahren hat der Aufstieg des Internet of things (IOT) zu einem rasanten Wachstum der drahtlosen Kommunikation und der automobilen Anti-Kollisions-Radaranwendungen geführt, und das Verhältnis von digitalen Unterhaltungselektronik-Produkten mit Wireless-Transmission-Funktion nimmt von Jahr zu Jahr zu. Gallium-Arsenid-Anwendungen haben einen ziemlich gesunden Wachstumsraum. Darüber hinaus werden zusammengesetzte Halbleiter weiterhin eine Schlüsselrolle im Kommunikations- und Optoelektronik-Komponentenmarkt wie III-V-Halbleiter spielen.Laser hat die Vorteile der kleinen Größe und der hohen Integration und ist weit verbreitet in Industrie und Gewerbe. Unter ihnen ist Oberflächenlaser (VCSEL) die geeignetste für die Massenproduktion. Es wird erwartet, dass er neue Anwendungen in Biometrie, Virtual Reality (AR /VR) und Automotive Anti-Kollisions-System (ADAS) entwickelt und zukünftig zu einer wichtigen Schlüsselkomponente von GaAs in mobilen Geräten wird.
Der Gesamtwert von GaAs in der Welt hat einen Rekord erreicht, und die Produkte sind hauptsächlich Mikroelektronik
In Bezug auf die Wafer-Größe von GaAs hat das Output-Verhältnis von sechs Zoll-Wafern in 2008 50% in der Branche überschritten und zur Standardgröße der verarbeitenden Industrie geworden.Nach dem Research Report of strategy analytics, in 2018, war der Gesamtwert des globalen GaAs-Komponentenmarkts (einschließlich des Komponentenoutputs von IDM-Herstellern) etwa 8.87 Milliarden US-Dollar, der einen Rekord hoch erreichte, mit einem Jahr-zu-Jahr Wachstum von 0.45% im Vergleich zu 8.83 Milliarden US-Dollar in 2017.
Abbildung 4: Globale GaAs-Komponente BIP-Wachstum in 2012-2018 (Einheit: US $100 Millionen,%)
Laut Yole wird GaAs derzeit hauptsächlich im Bereich der Mikroelektronik eingesetzt, was für 95.7%. Produkte im Bereich der Mikroelektronik sind HBT, PHEMT, BiHEMT usw.; der Anteil im Bereich der Optoelektronik beträgt nur 4.3%, und Produkte im Bereich Optoelektronik umfassen LD, VCSEL, PD, etc.
Abbildung 5: Global GaAs Produktstruktur
Die globale GaAs-Industrie-Kette hat eine ausgereifte Arbeitsteilung und geringe Beteiligung am Festland China
1. Reife Teilung der globalen GaAs-Industriekette
Die GaAs-Industrie ist die vorgelagerte Substratproduktion, gefolgt von der