半导体与宝石

 (1)半导体与晶体

历史上，半导体因晶体管的发明而名声雀起。但是半导体并不都是晶体。

周知，材料分为晶体和非晶体两大类。

晶体（ crystal ）是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体；或者说，晶体是具有格子（ lattice ）构造的固体。所谓格子构造，是指内部质点（原子、离子或分子）作规律排列，并构成一定的几何图形。晶体的基本要素是对称性。晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。晶体的重要特征是其外部表现为规则几何外形。理想环境中生长的晶体应为凸多边形。

有些看起来像晶体的物质如玻璃、琥珀、等，它们内部质点的排列，不具有格子构造，即不作周期性的重复排列，这类固体被称之为非晶质或非晶质体。

晶体跟晶体也不同。晶体可以按照来源和成键特点分类。晶体按来源分为：天然晶体（宝石、冰、砂子等）和人工晶体（各种人工晶体材料等）。晶体按成键特点分为：原子晶体，如金刚石；离子晶体，如NaCl；分子晶体，如冰；金属晶体，如Cu。

天然晶体（natural crystal），或称天然晶体矿物，是天然产出的，具有一定化学组成和晶体结构的单质或化合物。人工晶体（synthetic crystal）即人工合成或人造的晶体。

合成晶体是有天然对应物的人工晶体。相反，人造晶体无天然对应物的人工晶体，比如人造钛酸锶，铱铝榴石（YAG），钆镓榴石（GGG）等。

人们常见的晶体有水晶、石盐、蔗糖等，在一般人的心目中就认为晶体就像水晶和石盐那样，具有规则的几何多面体形状。

晶体半导体、非晶体半导体，包括多晶体半导体都有用处。比如，硅太阳能电池就有单晶硅太能电池、非晶硅太能电池、多晶硅太能电池等等。

(2)晶体与宝石

晶体规则的几何外形和晶莹透明的漂亮颜色让人一下子想到宝石。

按晶系分类的常见宝石有：

高级晶族，如具有等轴对称性的金刚石、石榴石、尖晶石等；

中级晶族，如具有六方等轴对称性的祖母绿、海蓝宝石等；具有三方对称性的红宝石、蓝宝石、碧玺、水晶等；具有四方对称性的锆石等；

低级晶族，如具有斜方对称性的黄玉、橄榄石、金绿宝石等；具有单斜对称性的软玉、硬玉、透辉石等；具有三斜对称性的拉长石、月光石等。

这里要注意宝石与玉石的区别。宝石，如金刚石、红宝石、蓝宝石，是单晶体，即由单个矿物组成的晶体。而玉石，如翡翠、软玉、岫玉，是多晶体集合体，即由一种或多种矿物组成的集合体。

(3)半导体与宝石

“钻石恒久远一颗永流传”（A diamond is forever）是珠宝大王戴比尔斯在1939年所用的广告词。

这里的钻石即金刚石，或者说是金刚石结构的碳（C）。钻石是目前已知最硬的宝石。

纯净的钻石无色，蓝色钻石是在金刚石中掺入了少量的硼（B），而紫色钻石是在金刚石中掺入了少量的氮（N）、硼（B）、氢（H）原子。

这么珍贵的东西如果能人工制造，该是多么大的财富诱惑！事实上，很早很早以前，人们就开始了人造钻石的尝试。

1893年法国科学家莫瓦桑(Henri Moissan 1852一1907)向世人宣布他已成功地用石墨制成了世界上第一颗人造金刚石。但是, 当一些人怀疑或无法重现而向他提问时，他却以保密和专利为由谢绝。其实，他当年并没有真正从石墨中制造出金刚石，但是也没有弄虚作假。据说, 莫瓦桑坚信常压下可以制成金刚石并让助手反复试验。后来助手实在厌烦了,就事先在炉子里放了一颗金刚石。莫瓦桑不知情,还以为真的试验成功了。直到1955年，人造金刚石才由美国通用公司研制成功。

除了钻石，半导体工业中还经常用到蓝宝石、红宝石（红色和蓝色的刚玉）作为衬底。蓝宝石、红宝石的主要成分是氧化铝(Al2O3）。

纯净的氧化铝无色，蓝宝石、红宝石的颜色是其中掺入的金属使然，比如蓝宝石：氧化铝+铁（Fe）、钛（Ti）；红宝石：氧化铝+铬(Cr)。当然，蓝宝石、红宝石现在都可以人工合成，用作衬底时斑斓的色彩已无必要，所以金属掺杂就免了。

吾辈当自强。 科技 日报曾整理出中国35项卡脖子关键技术，主要集中在信息技术、高端制造、新材料等领域。数据宝将大致按照上述分类进行一一解读，首先推出信息技术篇，以飨读者。

著名科幻小说《三体》中，三体人为了锁死地球 科技 的发展，并实时监控地球人类，防止地球有可能在三体舰队到达前实现 科技 飞跃并用新技术打败三体舰队，向地球发送了很多黑 科技 改造过的质子，这些质子因为有强大的运算能力和人工智能系统，被称为“智子”。

5月15日，美国再次封杀华为，意图进一步限制华为芯片设计和制造。根据国家海关数据统计， 2018年，中国芯片进口总量为3120亿美元，占全球集成电路5000亿美元市场规模的近60%。 目前芯片产业链话语权基本被美国企业所垄断，我国半导体发展面临巨大挑战。

中美脱钩论愈演愈烈。美国或许正在通过“智子”锁死中国 科技 发展。更令人担忧的是， 不只芯片，我国被卡脖子的关键技术，还有多达34项，有些领域国产化为0。 可以想象，在这35个被卡脖子的关键技术上，有多么大的市场空间。而以芯片概念过去一段时间在A股市场的表现，相关概念股也有可能被挖掘出来。当然，我们更愿意看到的，不仅仅是股价的上涨，还有真正的 科技 突破。

高 科技 之路，道阻且长，吾辈当自强。

1、 光刻机、光刻胶

制造芯片的光刻机，其精度决定了芯片性能的上限。最新消息显示，上海微电子装备计划于2021年交付首台国产28nm的immersion光刻机，即使这一技术的交付对比荷兰ASML公司（全球最大的半导体设备制造商之一，光刻机制造领域全球领先）有着近20年不足，但对于国内光刻机制造来讲，已经要跨出了很大的一步。 对于上海微电子来说，其28nm光刻机的顺利推出，将打破国外厂商的对于IC前端光刻机市场的垄断。

目前高端光刻机市场依然被荷兰ASML公司垄断，用于高端面板的光刻胶，也同样如此。目前，LCD用光刻胶几乎全部依赖进口，核心技术至今被TOK、JSR、住友化学、信越化学等日本企业所垄断。

A股市场上，光刻胶和光刻机概念归类在一起。从市值角度看， 张江高科和雅克 科技 最新市值均超过200亿元， 上海新阳、安集 科技 、万润股份 等个股市值均超百亿元。

市场表现方面，南大光电、容大感光、安集 科技 、上海新阳、雅克 科技 、华特气体等个股年内涨幅翻倍。机构关注度方面，万润股份、飞凯材料、宝通 科技 、雅克 科技 、捷捷微电等个股均有10家只以上机构评级。综合市场表现、概念的关联度等条件，证券时报·数据宝筛选出光刻机/光刻胶概念股名单，如下。

2、 芯片

低速的光芯片和电芯片已实现国产，但高速的仍全部依赖进口。 国外最先进芯片量产精度为10纳米，我国只有28纳米，差距两代。 据报道，在计算机系统、通用电子系统、通信设备、内存设备和显示及视频系统中的多个领域中，我国国产芯片占有率为0。

A股市场上，目前涉及到的芯片类概念非常丰富，包括最大类的芯片概念，小类别的如存储芯片、AI芯片、芯片材料、芯片封装、芯片设计、芯片制造等。

从大类角度分析也基本上可以得到各小类别的龙头。从市值角度看， 韦尔股份、闻泰 科技 、澜起 科技 等个股市值超过千亿元， 汇顶 科技 、三安光电、兆易创新 等个股市值超过800亿元。市场表现方面，晶方 科技 、上海新阳、雅克 科技 等个股涨幅翻倍。机构关注度方面，北方华创、深南电路、兆易创新等个股均有20家以上机构关注。综合市场表现、概念的关联度等条件，数据宝筛选出芯片概念股名单，如下。

3、 *** 作系统

数据显示，2017年安卓系统市场占有率达85.9%，苹果IOS为14%。其他系统仅有0.1%。这0.1%，基本也是美国的微软的Windows和黑莓。没有谷歌铺路，智能手机不会如此普及，而中国手机厂商免费利用安卓的代价，就是随时可能被“断粮”。

最新消息显示， Counterpoint Research预测，华为自主 *** 作系统鸿蒙将在2020年取得2%的市场份额（全球范围），超越Linux成为全球第五大 *** 作系统。 并预计2020年底，鸿蒙在中国市场的份额会达到5%，明年底达到10%，而鸿蒙OS设备在华为今年所有出货设备中的比例是1%。

期待着华为自主 *** 作系统带来更多的惊喜。

A股市场上，国产 *** 作系统概念股，市值最大的是 中兴通讯和三六零 ，均超过千亿元；紫光股份、浪潮信息、中国长城、中国软件等个股市值均超过300亿元。股价表现最好的是诚迈 科技 ，年内涨幅超过90%。机构关注度最高的股票分别是中兴通讯、浪潮信息、中新赛克、紫光股份等个股。数据宝筛选出国产 *** 作系统概念股名单，如下。

4、 手机射频器件

2018年，射频芯片市场150亿美元；高端市场基本被Skyworks、Qorvo和博通3家垄断，高通也占一席之地。射频器件的另一个关键元件——滤波器，国内外差距更大。手机使用的高端滤波器，几十亿美元的市场，完全归属Qorvo等国外射频器件巨头。中国是世界最大的手机生产国，但造不了高端的手机射频器件。这需要材料、工艺和设计经验的踏实积累。

A股市场上，移动射频概念包括 顺络电子、三环集团、电连技术、麦捷 科技 等；移动天线概念包括信维通信、硕贝德、盛路通信；5G射频芯片概念有和而泰等；滤波器概念主要有武汉凡谷、东山精密、世嘉 科技 等。

5、 高端电容电阻

电容和电阻是电子工业的黄金配角。中国是最大的基础电子元件市场，一年消耗的电阻和电容，数以万亿计。但最好的消费级电容和电阻，来自日本。 电容市场一年200多亿美元，电阻也有百亿美元量级。 所谓高端的电容电阻，最重要的是同一个批次应该尽量一致。日本这方面做得最好，国内企业差距大。国内企业的产品多属于中低端，在工艺、材料、质量管控上，相对薄弱。

A股市场上， 三环集团、风华高科、顺络电子、洁美 科技 等个股从事电阻行业。

6、 核心工业软件

中国的核心工业软件领域，基本还是“无人区”。工业软件缺位，为智能制造带来了麻烦。工业系统复杂到一定程度，就需要以计算机辅助的工业软件来替代人脑计算。譬如，芯片设计生产“必备神器”EDA工业软件， 国产EDA与美国主流EDA工具相较，设计原理上并无差异，但软件性能却存在不小差距，主要表现在对先进技术和工艺支持不足，和国外先进EDA工具之间存在“代差”。 国外EDA三大巨头公司Cadence、Synopsys及Mentor，占据了全球该行业每年总收入的70%。发展自主工业 *** 作系统+自主工业软件体系，刻不容缓。

EDA概念股方面，目前A股市场无相关标的，北京 芯愿景 软件技术股份有限公司科创板IPO获受理。 华大九天 是龙头企业，A股市场有相关影子股。 申通地铁、隧道股份 通过上海建元股权投资基金参股华大九天，上海建元持有华大九天17.42％股份，爱建集团则通过爱建资产间接参股。另外大众公用，则通过深创投间接参股，后者持有华大九天3.59％股权。另外， 深圳能源、粤电力A、广深铁路、中兴通讯等上市公司，也均通过深创投间接持股。

7、 ITO靶材

ITO靶材不仅用于制作液晶显示器、平板显示器、等离子显示器、触摸屏、电子纸、有机发光二极管，还用于太阳能电池和抗静电镀膜、EMI屏蔽的透明传导镀膜等，在全球拥有广泛的市场。ITO膜的厚度因功能需求而有不同，一般在30纳米至200纳米。在尺寸的问题上，国内ITO靶材企业一直鲜有突破，而后端的平板显示制造企业也要仰人鼻息。烧结大尺寸ITO靶材，需要有大型的烧结炉。 国外可以做宽1200毫米、长近3000毫米的单块靶材，国内只能制造不超过800毫米宽的。 产出效率方面，日式装备月产量可达30吨至50吨，我们年产量只有30吨——而进口一台设备价格要一千万元，这对国内小企业来说无异于天价。

每年我国ITO靶材消耗量超过1千吨，一半左右靠进口，用于生产高端产品。A股市场上靶材概念股主要有 江丰电子、有研新材、隆华 科技 等。

8、 数据库管理系统

目前全世界最流行的两种数据库管理系统是 Oracle和MySQL ，都是甲骨文公司旗下的产品。竞争者还有IBM公司以及微软公司的产品等。甲骨文、IBM、微软和Teradata几家美国公司，占了大部分市场份额。数据库管理系统国货也有市场份额，但只是个零头，其稳定性、性能都无法让市场信服，银行、电信、电力等要求极端稳妥的企业，不会考虑国货。

9、航空设计软件

自上世纪80年代后，世界航空业就迈入数字化设计的新阶段，现在已经达到离开软件就无法设计的高度依赖程度。 设计一架飞机至少需要十几种专业软件，全是欧美国家产品。 国内设计单位不仅要投入巨资购买软件，而且头戴钢圈，一旦被念“紧箍咒”，整个航空产业将陷入瘫痪。据媒体报道，设计歼-10飞机时，主起落架主承力结构的整个金属部件是委托国外制造。但造完之后，起落架的收放出现问题，有5毫米的误差，只好重新订货制造。仅仅是这一点点的误差，影响了歼-10首飞推迟了八九个月。没有全数字化的软件支撑，任何一点细微的误差，都可能成为制造业的梦魇。

在这35项被卡脖子的关键技术中，信息技术行业基本上能找到对标的概念股，但与全球龙头相比，差距非常大。比如芯片概念的市值龙头韦尔股份，市值1500多亿元，而英特尔、英伟达等芯片公司市值均超过1.5万亿元，高通市值超过6000亿元。再比如计算机行业，我们的企业顶多也就是千亿市值，而美国的微软市值接近10万亿元。

近年来，我国在信息 科技 领域取得了巨大成就，但与发达国家相比，仍存在较大差距。此次华为被封杀，暴露出“卡脖子”的关键技术，必须由自己掌握。

未来，我们要成为信息 科技 大国、强国。愿国运恒昌。

美国拟邀中国台湾、日本和韩国建立“Chip4联盟。

据韩媒报道，美国政府提议与韩国、日本和台湾地区组建“芯片四方联盟”（Chip4），其背后的意图是利用这一组织将中国大陆排除在全球半导体供应链之外！

业内人士研判认为，“Chip4联盟”若成局，其成员包括中国台湾的联发科、台积电、日月光等；韩国则以三星、SK海力士双巨头为首；日本以东芝、瑞萨、东京威力科创等业者为主；美国则以应用材料、镁光、英特尔、博通、高通等重量级大厂，共同组成半导体史上的最强联盟。

但这一提议似乎没有得到各方的集体采纳。有韩媒指出，美国提出的“芯片四方联盟”（Chip4）将对韩国政府和半导体企业造成沉重负担。中国大陆是无法忽视的全球最大半导体市场，韩国半导体企业也在中国大陆建有核心生产基地。

韩国最大半导体企业三星电子宣布完成了在中国西安建设的半导体二期扩建工程，并正式投入生产。通过此次扩建，三星电子的NAND闪存生产能力将占世界市场的1％以上，12寸晶圆月产能达到26．5万，占三星电子NAND闪存整体产量的42％。

毫无疑问，中国是韩国半导体企业最为看重的市场之一，三星电子、SK海力士均在中国建有工厂，其产品在全球市场上占有重要份额。如此斥巨资付出，又岂能说关闭就关闭？此外，韩媒还表示，如果真的组建“Chip4联盟”，率先对中国实施打压，那么日后韩国也将面临“选边”的问题，因此韩国必须采取慎重的态度。

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