关于半导体

分类: 资源共享

问题描述:

我要写一篇课程结课文章，题目是“非晶态半导体的电学性质”，谁能提供点资料啊？！

解析:

以非晶态半导体材料为主体制成的固态电子器件。非晶态半导体虽然在整体上分子排列无序，但是仍具有单晶体的微观结构，因此具有许多特殊的性质。1975年，英国W.G.斯皮尔在辉光放电分解硅烷法制备的非晶硅薄膜中掺杂成功，使非晶硅薄膜的电阻率变化10个数量级，促进非晶态半导体器件的开发和应用。同单晶材料相比，非晶态半导体材料制备工艺简单，对衬底结构无特殊要求，易于大面积生长，掺杂后电阻率变化大，可以制成多种器件。非晶硅太阳能电池吸收系数大，转换效率高，面积大，已应用到计算器、电子表等商品中。非晶硅薄膜场效应管阵列可用作大面积液晶平面显示屏的寻址开关。利用某些硫系非晶态半导体材料的结构转变来记录和存储光电信息的器件已应用于计算机或控制系统中。利用非晶态薄膜的电荷存储和光电导特性可制成用于静态图像光电转换的静电复印机感光体和用于动态图像光电转换的电视摄像管的靶面。

具有半导体性质的非晶态材料。非晶态半导体是半导体的一个重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究，当时很少有人注意，直到1968年S.R.奥弗申斯基关于用硫系薄膜制作开关器件的专利发表以后，才引起人们对非晶态半导体的兴趣。1975年W.E.斯皮尔等人在硅烷辉光放电分解制备的非晶硅中实现了掺杂效应，使控制电导和制造PN结成为可能，从而为非晶硅材料的应用开辟了广阔的前景。在理论方面，P.W.安德森和莫脱，N.F.建立了非晶态半导体的电子理论，并因而荣获1977年的诺贝尔物理学奖。目前无论在理论方面，还是在应用方面，非晶态半导体的研究正在很快地发展着。

分类 目前主要的非晶态半导体有两大类。

硫系玻璃。含硫族元素的非晶态半导体。例如As-Se、As-S，通常的制备方法是熔体冷却或汽相沉积。

四面体键非晶态半导体。如非晶Si、Ge、GaAs等，此类材料的非晶态不能用熔体冷却的办法来获得，只能用薄膜淀积的办法(如蒸发、溅射、辉光放电或化学汽相淀积等)，只要衬底温度足够低，淀积的薄膜就是非晶态结构。四面体键非晶态半导体材料的性质，与制备的工艺方法和工艺条件密切相关。图1 不同方法制备非晶硅的光吸收系数 给出了不同制备工艺的非晶硅光吸收系数谱，其中a、b制备工艺是硅烷辉光放电分解，衬底温度分别为500K和300K，c制备工艺是溅射，d制备工艺为蒸发。非晶硅的导电性质和光电导性质也与制备工艺密切相关。其实，硅烷辉光放电法制备的非晶硅中，含有大量H，有时又称为非晶的硅氢合金；不同工艺条件，氢含量不同，直接影响到材料的性质。与此相反，硫系玻璃的性质与制备方法关系不大。图2 汽相淀积溅射薄膜和熔体急冷成块体AsSeTe的光吸收系数谱 给出了一个典型的实例，用熔体冷却和溅射的办法制备的AsSeTe样品，它们的光吸收系数谱具有相同的曲线。

非晶态半导体的电子结构 非晶态与晶态半导体具有类似的基本能带结构，也有导带、价带和禁带(见固体的能带)。材料的基本能带结构主要取决于原子附近的状况，可以用化学键模型作定性的解释。以四面体键的非晶Ge、Si为例，Ge、Si中四个价电子经sp杂化，近邻原子的价电子之间形成共价键，其成键态对应于价带；反键态对应于导带。无论是Ge、Si的晶态还是非晶态，基本结合方式是相同的，只是在非晶态中键角和键长有一定程度的畸变，因而它们的基本能带结构是相类似的。然而，非晶态半导体中的电子态与晶态比较也有着本质的区别。晶态半导体的结构是周期有序的，或者说具有平移对称性，电子波函数是布洛赫函数，波矢是与平移对称性相联系的量子数，非晶态半导体不存在有周期性， 不再是好的量子数。晶态半导体中电子的运动是比较自由的，电子运动的平均自由程远大于原子间距；非晶态半导体中结构缺陷的畸变使得电子的平均自由程大大减小，当平均自由程接近原子间距的数量级时，在晶态半导体中建立起来的电子漂移运动的概念就变得没有意义了。非晶态半导体能带边态密度的变化不像晶态那样陡，而是拖有不同程度的带尾(如图3 非晶态半导体的态密度与能量的关系 所示)。非晶态半导体能带中的电子态分为两类：一类称为扩展态，另一类为局域态。处在扩展态的每个电子，为整个固体所共有，可以在固体整个尺度内找到；它在外场中运动类似于晶体中的电子；处在局域态的每个电子基本局限在某一区域，它的状态波函数只能在围绕某一点的一个不大尺度内显著不为零，它们需要靠声子的协助，进行跳跃式导电。在一个能带中，带中心部分为扩展态，带尾部分为局域态，它们之间有一分界处，如图4 非晶态半导体的扩展态、局域态和迁移率边 中的和，这个分界处称为迁移率边。1960年莫脱首先提出了迁移率边的概念。如果把迁移率看成是电子态能量的函数，莫脱认为在分界处和存在有迁移率的突变。局域态中的电子是跳跃式导电的，依靠与点阵振动交换能量，从一个局域态跳到另一个局域态，因而当温度趋向0K时，局域态电子迁移率趋于零。扩展态中电子导电类似于晶体中的电子，当趋于0K时，迁移率趋向有限值。莫脱进一步认为迁移率边对应于电子平均自由程接近于原子间距的情况，并定义这种情况下的电导率为最小金属化电导率。然而，目前围绕著迁移率边和最小金属化电导率仍有争论。

缺陷 非晶态半导体与晶态相比较，其中存在大量的缺陷。这些缺陷在禁带之中引入一系列局域能级，它们对非晶态半导体的电学和光学性质有着重要的影响。四面体键非晶态半导体和硫系玻璃，这两类非晶态半导体的缺陷有着显著的差别。

非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外层有四个价电子，正常情况应与近邻的四个硅原子形成四个共价键。存在有空位和微空洞使得有些硅原子周围四个近邻原子不足，而产生一些悬挂键，在中性悬挂键上有一个未成键的电子。悬挂键还有两种可能的带电状态：释放未成键的电子成为正电中心，这是施主态；接受第二个电子成为负电中心，这是受主态。它们对应的能级在禁带之中，分别称为施主和受主能级。因为受主态表示悬挂键上有两个电子占据的情况，两个电子间的库仑排斥作用，使得受主能级位置高于施主能级，称为正相关能。因此在一般情况下，悬挂键保持只有一个电子占据的中性状态，在实验中观察到悬挂键上未配对电子的自旋共振。1975年斯皮尔等人利用硅烷辉光放电的方法，首先实现非晶硅的掺杂效应，就是因为用这种办法制备的非晶硅中含有大量的氢，氢与悬挂键结合大大减少了缺陷态的数目。这些缺陷同时是有效的复合中心。为了提高非平衡载流子的寿命，也必须降低缺陷态密度。因此，控制非晶硅中的缺陷，成为目前材料制备中的关键问题之一。

硫系玻璃中缺陷的形式不是简单的悬挂键，而是“换价对”。最初，人们发现硫系玻璃与非晶硅不同，观察不到缺陷态上电子的自旋共振，针对这表面上的反常现象，莫脱等人根据安德森的负相关能的设想，提出了MDS模型。当缺陷态上占据两个电子时，会引起点阵的畸变，若由于畸变降低的能量超过电子间库仑排斥作用能，则表现出有负的相关能，这就意味着受主能级位于施主能级之下。用 D、D、D 分别代表缺陷上不占有、占有一个、占有两个电子的状态，负相关能意味着：

2D —→ D+D

是放热的。因而缺陷主要以D、D形式存在，不存在未配对电子，所以没有电子的自旋共振。不少人对D、D、D缺陷的结构作了分析。以非晶态硒为例，硒有六个价电子，可以形成两个共价键，通常呈链状结构，另外有两个未成键的 p电子称为孤对电子。在链的端点处相当于有一个中性悬挂键，这个悬挂键很可能发生畸变，与邻近的孤对电子成键并放出一个电子(形成D)，放出的电子与另一悬挂键结合成一对孤对电子(形成D)，如图 5 硫系玻璃的换价对 所示。因此又称这种D、D为换价对。由于库仑吸引作用，使得D、D通常是成对地紧密靠在一起，形成紧密换价对。硫系玻璃中成键方式只要有很小变化就可以形成一组紧密换价对，如图6 换价对的自增强效应 所示，它只需很小的能量，有自增强效应，因而这种缺陷的浓度通常是很高的。利用换价对模型可以解释硫属非晶态半导体的光致发光光谱、光致电子自旋共振等一系列实验现象。

应用 非晶态半导体在技术领域中的应用存在着很大的潜力，非晶硫早已广泛应用在复印技术中，由S.R.奥夫辛斯基首创的 As-Te-Ge-Si系玻璃半导体制作的电可改写主读存储器已有商品生产，利用光脉冲使碲微晶薄膜玻璃化这种性质制作的光存储器正在研制之中。对于非晶硅的应用目前研究最多的是太阳能电池。非晶硅比晶体硅制备工艺简单，易于做成大面积，非晶硅对于太阳光的吸收效率高，器件只需大约1微米厚的薄膜材料，因此，可望做成一种廉价的太阳能电池，现已受到能源专家的重视。最近已有人试验把非晶硅场效应晶体管用于液晶显示和集成电路。

意法半导体（ST）集团于1987年成立，是由义大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。1998年5月，SGS-THOMSON Microelectronics将公司名称改为意法半导体有限公司。意法半导体是世界最大的半导体公司之一，2006年全年收入98.5亿美元，2007年前半年公司收入46.9亿美元。

基本介绍公司名称 ：意法半导体集团 外文名称 ：STMicroelectronics 总部地点 ：瑞士 成立时间 ：1988年6月 经营范围 ：半导体等 简称 ：ST 公司概况,产品阵容,研发制造,跨国联盟,卓越原则,基本情况,产品范围,专用产品,片上系统,定制晶片,标准产品,微控制器,安全IC,存储器,分立器件,标准产品,存储器,智慧型电源,标准器件,分立器件,RF,实时时钟,ST联盟,ST大学,大学简介,课程,中国联合, 公司概况 意法公司销售收入在半导体工业第七大高速增长市场之间分布均衡（五大市场占2007年销售收入的百分比）：通信（35%），消费（17%），计算机（16%），汽车（16%），工业（16%）。据最新的工业统计数据，意法半导体(STMicroelectronics)是全球第五大半导体厂商，在很多市场居世界领先水平。例如，意法半导体是世界第一大专用模拟晶片和电源转换晶片制造商，世界第一大工业半导体和机顶盒晶片供应商，而且在分立器件、手机相机模组和车用积体电路领域居世界前列。 产品阵容 以多媒体套用一体化和电源解决方案的市场领导者为目标，意法半导体拥有世界上最强大的产品阵容，既有智慧财产权含量较高的专用产品，也有多领域的创新产品，例如分立器件、高性能微控制器、安全型智慧卡晶片、微机电系统（MEMS）器件。 在移动多媒体、机顶盒和计算机外设等要求严格的套用领域，意法半导体是利用平台式设计方法开发复杂IC的开拓者，并不断对这种设计方法进行改进。意法半导体拥有比例均衡的产品组合，能够满足所有微电子用户的需求。全球战略客户的系统级晶片(SoC)项目均指定意法半导体为首选合作伙伴，同时公司还为本地企业提供全程支持,以满足本地客户对通用器件和解决方案的需求。 意法半导体已经公布了与英特尔和Francisco Partners合资成立一个独立的半导体公司的合作意向，名为Numonyx的新公司将主要提供消费电子和工业设备用非易失存储器解决方案。 研发制造 自创办以来，意法半导体在研发的投入上从未动摇过，被公认为半导体工业最具创新力的公司之一。制造工艺包括先进的CMOS逻辑（包括嵌入式存储器的衍生产品）、混合信号、模拟和功率制造工艺。在先进的CMOS领域，意法半导体将与IBM联盟合作开发下一代制造工艺，包括32nm 和 22nm CMOS工艺开发、设计实现技术和针对300mm晶圆制造的先进研究，此外，意法半导体和IBM还将利用位于法国Crolles的300mm生产设施开发高附加值的CMOS衍生系统级晶片技术。 意法半导体在全球拥有一个巨大的晶圆前后工序制造网路（前工序指晶圆制造，后工序指组装、封装和测试）。公司正在向轻资金密集型制造战略转型，最近公布了关闭一些旧工厂的停产计画。目前，意法半导体的主要晶圆制造厂位于义大利的Agrate Brianza和Catania、法国的Crolles、Rousset和Tours、美国的Phoenix和Carrollton，以及新加坡。位于中国、马来西亚、马尔它、摩洛哥和新加坡的高效封装测试厂为这些先进的晶圆厂提供强有力的后工序保障。 跨国联盟 意法半导体发展了一个全球战略联盟网路，包括与大客户合作开发产品、与客户和半导体厂商合作开发技术、与主要供应商合作开发设备和CAD工具。此外，意法半导体还与全球名牌大学和知名研究机构开展各种研究项目，通过学术研究促进工业研发活动。意法半导体还担纲MEDEA+等欧洲先进技术研究计画和ENIAC（欧洲纳米技术计画顾问委员会）等工业计画。 卓越原则 意法半导体是世界上第一个认识到环境责任重要性的国际半导体公司之一，早在上个世纪90年代就开始公司的环境责任行动，此后，在环境问题上取得了令人嘱目的进步，例如，在1994年到2006年间，每个生产单位能耗降低47%，CO2排放量降低61%。此外，意法半导体远远走在了现有法规的前面，在制造过程中几乎完全摒弃了铅、镉和汞等有害物质。自1991年起，在质量、公司管理、社会问题和环保等公司责任方面，各地区公司因为表现卓越而荣获100多项奖励。 基本情况 意法半导体（ST）公司成立于1987年，是义大利SGS半导体公司和法国汤姆逊半导体合并后的新企业，从成立之初至今，ST的增长速度超过了半导体工业的整体增长速度。自1999年起，ST始终是世界十大半导体公司之一。 整个集团共有员工近50,000名，拥有16个先进的研发机构、39个设计和套用中心、15主要制造厂，并在36个国家设有78个销售办事处。 公司总部设在瑞士日内瓦，同时也是欧洲区以及新兴市场的总部；公司的美国总部设在德克萨斯州达拉斯市的卡罗顿；亚太区总部设在新加坡；日本的业务则以东京为总部；大中国区总部设在上海，负责香港、大陆和台湾三个地区的业务。 自1994年12月8日首次完成公开发行股票以来，意法半导体已经在纽约证券交易所（交易代码：STM）和泛欧巴黎证券交易所挂牌上市，1998年6月，又在义大利米兰证券交易所上市。意法半导体拥有近9亿股公开发行股票，其中约71.1%的股票是在各证券交易所公开交易的。另外有27.5%的股票由意法半导体控股II B.V.有限公司持有，其股东为Finmeanica和CDP组成的义大利Finmeanica财团和Areva及法国电信组成的法国财团；剩余1.4%的库藏股由意法半导体公司持有。 产品范围 意法半导体是业内半导体产品线最广的厂商之一，从分立二极体与电晶体到复杂的片上系统（SoC）器件，再到包括参考设计、套用软体、制造工具与规范的完整的平台解决方案，其主要产品类型有3000多种，。意法半导体是各工业领域的主要供应商，拥有多种的先进技术、智慧财产权（IP）资源与世界级制造工艺。 半导体产品大体上可分为两类：专用产品和标准产品。专用产品从半导体制造商以及用户和第三方整合了数量众多的专有IP，这些使其区别于市场上的其他产品，例如： 片上系统（SoC）产品 定制与半定制电路 专用标准产品(ASSP)，如：无线套用处理器、机顶盒晶片及汽车IC 微控制器 智慧卡IC 专用存储器 专用分立器件 (ASD™) 一旦客户在套用中使用了专用产品，如果不修改硬体和软体设计，通常就不能进行产品替换。 相反，标准产品是实现某种特定的常用功能的器件，这些器件一般由几个供应商提供。通常，制造商推出的标准产品可以被其他制造商的同类产品所取代，供应商间的差别主要在于成本与客户服务上。然而，一旦套用设计被冻结，标准器件在性能最佳化方面也将变成唯一的器件。 标准产品包括： 分立器件，如电晶体、二极体与晶闸管 功率电晶体，如MOSFET、Bipolar与IGBT 模拟电路构建模组，如运算放大器、比较器、稳压器与电压参考电路 标准逻辑功能与接口 众多存储器产品，如标准或串列NOR快闪记忆体、NAND快闪记忆体、EPROM/EEPROM及非易失性RAM 射频分立器件及IC 自成立时起，意法半导体就成功的实现了在市场开拓方面的平衡，将差分化的专用产品（这些产品通常不容易受到市场周期的影响）与传统的标准产品（这些产品要求较少的研发投入和生产资本密集度）相结合。意法半导体多样化的产品系列避免了对通用产品或专用产品的过分依赖。 专用产品 片上系统 专用产品系列中最复杂的就是SoC器件，该器件在单个晶片上集成了完整的系统。很多情况下，这意味着整个套用的集成，也就是说器件整合了除存储器、无源元件与显示器等无需集成的组件外的所有电子电路。然而，通常在单个晶片上集成整个系统并不是最经济的解决方案，因此SoC这个术语也用于指那些集成了大部分系统的晶片。 SoC技术拓展了半导体行业在一个给定的矽片上持续增加电晶体数目的能力。然而它还涉及很多其他因素，包括系统知识、软体技术、架构创新、设计、验证、调试及测试方法。随着半导体器件在电子设备中的普及其对设备性能、价格、开发时间的重要影响，设备制造商对半导体供应商提供的完整平台解决方案的依赖性也越来越高。如今，半导体供应商可以给客户提供完整地解决方案，包括定制的参考设计、完整的软体包（含有底层驱动软体、嵌入式作业系统以及中间件和套用软体）。 很多SoC产品仅使用CMOS技术就可以制造，但完整的SoC制造技术要求具有将COMS、bipolar、非易失性存储器、功率DMOS及微型机电系统(MEMS)之类的基础技术整合到面向系统的技术（这种技术整合了两种或更多的基础技术）中的能力。多年来，意法半导体一直是开发与采用这些面向系统的技术领域的全球领导者。 SoC器件通常集成一个或多个处理器核，意法半导体为客户提供了世界上最广泛的处理器核，包括主要用于无线与汽车套用的基于32位高性能ARM和基于PowerPC的产品。意法半导体在处理器核技术上采用了开放式方法，旨在为客户提供最合适的处理器核，而不论它是专利的、联合开发的或是第三方授权的。 定制晶片 定制与半定制IC都是为特殊用户而设计的，但它们的设计与制造方法不同。半定制晶片是包含了一系列电路单元的通用晶片，这些单元能够以多种方式实现互连，从而实现想要的功能。而定制晶片则是从零开始设计的。一些客户更喜欢设计自己的晶片（特别是包含了珍贵的IP的晶片）并根据成本、产能分配及先前的业务关系等标准，与晶片制造商达成契约制造。而其他一些客户则更愿意与晶片供应商就设计和制造这两方面达成协定，因此，这儿存在着一系列中间关系。 意法半导体提供了一系列利用世界级制造机械、无与伦比的半导体工艺技术，广泛而深入的IP系列和领先的设计方法的定制与半定制服务。这些成功案例就是采用复杂晶片，推动了大型项目，如美国的XM数字卫星无线电服务与为电子行业的各部分的战略伙伴而提供的领先的解决方案。 标准产品 ASSP(专用标准产品)是为在特殊套用中使用而设计的积体电路。实例包括数字机顶盒晶片、CMOS成像IC、电机控制电路与无线套用处理器。与为单用户的特殊套用而设计的定制IC不同，ASSP是为众多用户通用的特殊套用而设计的。很多ASSP是在与特殊客户密切合作的基础上开发出来的，即使相应器件可能会在开放市场上提供。通过以这种方式与客户合作，意法半导体能够保证其开发的产品与技术能很好地与不断变化的工业需求相匹配。 意法半导体的产品系列包括多种类型的ASSP，针对无线通信与网路、数字消费类、电脑外设、汽车、工业及智慧卡等的主要增长业务套用进行了最佳化。通过提供晶片组与完整的参考平台、公认的软体包与开发套件，公司使得其用户能够快速而经济地开发并区分其产品。 意法半导体的ASSP，包括从移动成像到多媒体处理，再到功率管理和手提式及网路连线的各种套用，满足了广泛的电信套用需求。公司提供了用于广泛的数字消费类套用的元器件，特别侧重于机顶盒、数位电视与数位相机等套用。 在电脑外设领域中，意法半导体主要集中在数据存储、列印、可视显示器、PC主机板的电源管理和电源。广泛的意法半导体ASSP功率/复杂的数字汽车系统，如引擎控制、汽车安全设备、车门模组及车载信息娱乐系统等。公司还提供用于工厂自动化系统的工业IC、用于照明和电池充电的晶片、或电源器件以及用于高级智慧卡套用的晶片。 微控制器 意法半导体的微控制器提供了各类套用，从那些首先要求成本最低的套用到需要强大实时性能与高级语言支持的套用。意法半导体全面的产品系列包含了功能强大的带有标准通信接口的8位通用快闪记忆体微控制器，如USB、CAN、LIN、UART、I2C及SPI；专用8位微控制器，可用于无刷电机控制、低噪音模组转换器（LNB）、智慧卡读卡器、USB接口的快闪记忆体驱动器和可程式系统存储器（PSM），此存储器在单晶片上集成了存储器，微控制器和可程式逻辑单元；16位的工控标准器件和基于高性能32位ARM核心的快闪记忆体控制器，具有卓越的低功耗特性及高级通信外设（包括乙太网、USB与CAN）。 意法半导体专用的微控制器解决方案有助于加速新兴的低数据率无线网路的开发，如实时定位系统（RTLS）和用于远程监视和控制的Zigbee平台。 安全IC 意法半导体为智慧卡和委托产品套用领域，连同广泛的高速产品系列、可共同使用的片上作业系统（SoC）解决方案提供了完整的安全微控制器和存储器。产品用于各类智慧卡套用，从最简单的电话卡到要求最严格的SIM与Pay-TV卡。安全性一直是意法半导体的一项专门技术，多项正式的安全证明、标准化的成员资格、意法半导体安全IC产品在许多领域（包括银行、IT安全性、电子 *** 、公共运输和移动通信）的成功套用有力的证明了这一点。 存储器 虽然众多存储器产品是标准产品，但意法半导体利用其在非易失性存储器技术领域的优势及其与领先用户间稳固的关系，开发出了各种专用EEPROM和快闪记忆体。与领先的OEM合作，意法半导体开发出了针对手机、汽车引擎控制、PC BIOS、机顶盒与硬碟驱动器之类的特殊套用进行了最佳化的创新产品。 分立器件 ASD产品基于在矽片晶元的顶端与底端实现的垂直或水平双极型架构。ASD™ 技术使得意法半导体能为市场带来各类产品，这些产品可处理大双向电流、保持高电压，并可在单晶片中集成各类分立元件。ASD技术是通用保护元器件、ESD保护器件、EMI滤波器与具有内置过压保护的AC开关的理想解决方案。随着近期工艺的升级，ASD技术允许在单晶片中集成多个分立元器件和无源元件（如电阻、电容与电感），从而产生了IPAD系列（集成无源与有源器件）。ASD的主要套用领域是无线与固定线路通信、家电、PC及外设。 标准产品 存储器 意法半导体为领先套用提供了业内最广泛的存储解决方案。意法半导体是非易失性存储器的主要供应商，包括：NOR和NAND 快闪记忆体。 快闪记忆体组合了高密度及电可擦除性。它们普遍套用于各种数字套用中，如手机、数位相机、数位电视、机顶盒、汽车引擎控制等，这些套用需要在系统可程式能力，并需要即使在没有电源的情况下也要保留数据。 作为全球三大NOR快闪记忆体供应商之一，意法半导体提供了两种主要的快闪记忆体类型：NOR及NAND。NOR快闪记忆体架构提供快速读取性能，是在手机和其他电子器件中进行代码存储与直接片上执行的理想之选。然而，对于高密度数据存储，NAND快闪记忆体较高的密度与编程吞吐量使其成为首选。 意法半导体的非易失性存储器系列还包括EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、串列快闪记忆体及非易失性RAM(Random Aess Memory)。 其他意法半导体的存储器产品还包含多种RFID IC。跟所有标准器件一样，成本与客户服务是供应商之间的主要差异，而意法半导体正在全力最佳化这两个方面。 对于既需要快速代码读取又需要高密度的套用（如现今的多功能手机），意法半导体同样提供了先进的多晶片解决方案，在单晶片封装内组合了不同类型的存储器。 智慧型电源 意法半导体的电源器件满足了对于整合了信号处理部件（模拟和/或数字）和电动促动器的功率解决方案不断增长的需求。此设计能力不仅提供了独有的经济优势，同时还提供了稳定性、电磁性能和降低空音与重量等方面的提高。智慧型电源作为一个专业术语，包括了多种横向及纵向的技术，这些技术在在汽车市场尤其起到至关重要的作用。 VIPower(垂直智慧型电源)是众多专利智慧型电源技术的总称，这些技术中，分立的电源结构现模拟和数字控制及诊断电流相结合，从而使器件可以将分立技术的强劲性与电流的控制与诊断功能相结合。意法半导体的BCD（双极-CMOS-DMOS）生产技术结合了双极、CMOS和DMOS工艺，允许集成越来越多的系统基本功能，如电压稳压器、通信接口以及一个单独元件中的多负载驱动器。 标准器件 意法半导体标准线性器件与逻辑IC由广泛的知名标准器件及针对高度集成、空间有限的套用创新的专用器件组成。产品范围包括逻辑功能、接口、运算放大器、比较器、低功耗音频放大器、通信电路（高速模拟、红外线与RF）、功率管理器件、稳压器与参考电路、微处理器复位与监视器、模拟与数字开关、功率开关、VFD驱动器及高亮度LED驱动器。 分立器件 意法半导体是世界领先的分立功率器件供应商之一，产品范围包含MOSFET (包括运用创新的MDmeshTM第二代技术的器件)、双极电晶体、IGBT、肖特基与超快速恢复双极工艺二极体、三端双向可控矽开关及保护器件。此外，意法半导体的专利IPAD（集成有源和无源器件）技术，允许在单个晶片中整合多个有源和无源元件 RF 意法半导体的RF产品包括可以用于ISM（工业科学和医疗），手机基站之类的套用中的功率RF电晶体。 实时时钟 意法半导体提供了完整的低功耗实时时钟（RTC）产品线，从输入级产品到具有微处理器监视功能、SRAM、非易失性特性与通用减少检测管教实现的高级数据保护的高端RTC。嵌入式软体校准每个月的精度误差仅为2秒。 ST联盟 战略联盟和行业合作 自诞生以来，意法半导体公司成了创建战略联盟的先锋，并在发展与用户、供应商、竞争者、大学、研究机构和欧洲研究项目的关系方面得到了大家的公认。战略联盟和行业合作对于在半导体行业中取得成功变得越来越重要。 意法半导体公司(STMicroelectronics)已经跟包括Alcatel、Bosch、Hewlett-Packard、Marelli、Nokia、Nortel、Pioneer、Seagate、Siemens VDO、Thomson和Western Digital等在内的用户成立了几个战略联盟。用户联盟为意法半导体公司提供了宝贵的系统和套用专长及进入主要产品市场的途径，同时使得它的用户能够分担产品开发的风险，而且还能使用意法半导体公司的工艺技术和生产设施。意法半导体公司现在正在积极利用其丰富的经验和技术来扩展其面向美国、欧洲和亚洲顶级OEM的用户联盟的数量。 在继续在激烈的销售竞争中打拼的同时，与其它半导体行业制造商合作使得意法半导体公司能够增加其对高昂的研究与开发以及生产资源的投资，从而实现技术开发的互利互惠。 意法半导体公司是无线技术领域内的常胜将军，2002年与Texas Instruments合作制定和推广无线套用处理器接口的开放式标准。该创新现已扩展到更多公司，并且以MIPI联盟（创始成员有ST、ARM、Nokia和Texas Instruments）著称。联盟现在拥有超过92个成员，合作成为移动行业的领袖，其目标是制定和推广移动套用处理器接口的开放式标准。 非易失性存储器是意法半导体公司的一个战略产品部门。在该领域中，意法半导体公司已与Hynix合作了4年，联合开发了NAND Flash技术和产品。至于NOR Flash，其已与Intel就无线套用的产品指标结成了战略联盟。并且，最近与Freescale签订协定，联合开发带有嵌入式Flash（采用90nm技术制造而成）的微控制器。 意法半导体公司还与领先供应商制定了联合开发计画，如Air Liquide、Applied Materials、ASM Lithography、Axalto、Canon、Hewlett-Packard、KLA-Tencor、LAM Research、MEMC、Teradyne和Wacker，以及包括Cadence、CoWare和Synopsys在内的领先电子设计自动化（EDA）工具制造商。 至于联合研究与开发计画，意法半导体公司还加入了欧洲合作研究计画，如MEDEA+（微电子技术及其套用领域高级合作研究与开发的泛欧计画）和ITEA2（欧洲发展信息技术，软体密集型系统和服务的高级竞争前研究与开发的战略性泛欧计画）。意法半导体公司还在最近创办的欧洲技术平台 - ENIAC（欧洲纳电子行动顾问委员会，用于提供纳电子的战略性研究方向）和ARTEMIS（嵌入式智慧型与系统先进研究和技术，其作用跟嵌入式系统类似） - 中起主导作用。并且，意法半导体公司还与全球众多大学合作，包括欧洲、美国和中国的大学以及主要研究机构，如CEA-Leti和IMEC。 至于制造业，1998年意法半导体公司在中国深圳建立了其后端组装和测试厂。该厂属于意法半导体公司与深圳市海达克实业有限公司（SHIC）共同组建的合资公司性质。2004年，意法半导体公司与Hynix签署并发表了合资协定，在中国无锡建立前端存储器制造厂。合资公司是公司间NAND Flash工艺/产品联合开发关系的延伸，拥有拟于2006年底投入生产的200-mm晶圆生产线和拟于2007年投入生产的300-mm晶圆生产线。 ST大学 大学简介 以管理和现场培训需求为基准，ST大学开发并部署了在企业范围内进行的战略型培训项目。ST大学与ST的各个培训机构密切合作，推出了用于满足ST和ST大学不断变化的培训需求的培训项目课程。 在ST大学培训目录中，只有一个培训项目是同时面向ST员工和外部工程师的。该技术课程的主要目的是发展微电子制造管理领域中的技术专长。 这个独特的项目是由意法半导体公司和法国2家知名工学院 - “L’Ecole Nationale Supérieure des Mines” de Saint-Etienne 与 “l’Ecole Centrale” Marseille - 合作推出的。它为在当今要求严苛的微电子行业中起着重要作用的工程师提供技术和管理技能。为了跟上微电子行业领先技术的步伐，ST大学每年都会在业内专家、学者和研究员的支持下对整个项目进行改进。ST大学发展并改善了理论课程与套用之间的关系，以及ST业内专家和ST供应商的参与。 课程 该项目分为2个主要部分： 第1部分：着重介绍下列3个领域的基础知识和套用课程： 器件和技术：物理特征工具和制造工艺步骤。 积体电路的开发：设计工具、测试和后端 *** 作。 生产和管理工具：生产设备管理、生产技术、可靠性和质量系统。 第2部分：为期6个月的公司（主要是在ST）实习，着重学习和项目有关的特定科目。 中国联合 意法半导体(STMicroelectronics，简称ST)与中国第一汽车股份有限公司(一汽，FAW)宣布在汽车电子技术领域进行合作，同时在一汽技术中心成立一汽—意法半导体汽车电子联合实验室。联合实验室将面向先进的汽车电子技术方案，研发范围包括动力总成、底盘、安全系统、车身、汽车信息娱乐系统、新能源技术等。一汽将在其先进的汽车电子研发平台内引入意法半导体的微控制器(MCU)、专用标准产品(ASSP)和智慧型驱动晶片。 联合实验室的主要研发方向是先进的汽车电子套用。借助意法半导体的汽车电子研发经验、技术优势、产品(如意法半导体的PowerPC系列32位微控制器和发动机管理系统高集成晶片)、原型设计和技术支持，联合实验室将推动双方在汽车电子技术方面的合作研发，例如，ECU(发动机控制单元)、TCU(变速器控制单元)和EPS(电动助力转向系统)，这些研发成果将增强一汽下一代汽车的市场竞争力。 一汽集团副总工程师兼技术中心主任李骏表示：“中国汽车销售量连续三年居全球首位，随着消费者对汽车安全性和舒适度越来越关注，汽车电子市场也在高速增长，中国是一个巨大的汽车半导体市场。一汽与意法半导体建立联合实验室，有助于推动双方的深入合作，提升一汽汽车电子的核心竞争力，促进汽车电子产品的自主创新能力。” 意法半导体大中国与南亚区汽车产品部市场与套用经理Edoardo Merli表示：“我们非常高兴能够与中国领先的汽车OEM厂商一汽合作。意法半导体作为2011年中国排名第一[1]、全球第三[2]的汽车晶片供应商，在动力总成、车身、安全、信息娱乐和车载多媒体方面具有很大的优势，这种优势得到了中国汽车厂商的认可。我们相信，双方的合作也将加强意法半导体在中国汽车电子业的领先地位。”

2011年10月，德国最大的太阳能公司Solar World向美国商务部提交了一份专门针对75家中国光伏企业的“反倾销反补贴”调查申请。

由于产能过剩，当时国内光伏企业的业绩已经哀鸿遍野。若“双反”一开，必然雪上加霜，整个行业都会被推到了悬崖边缘。

然而出乎所有人意料的是，中国的光伏行业不但顽强地活了下来，而且在不到十年的时间里，以超过100％的年均增长率为中国打造了又一个世界级产业。

无独不偶。

在《宁德时代、比亚迪们的下一个十年》中，我们曾经提到在锂电池行业，中国企业是如何在日韩巨头的夹缝中一步步成长，最终具备了强大的国际竞争力。

国内光伏和锂电行业的崛起，共同特征都是弯道超车——基于“补贴”这个弯道，当国内龙头企业在全球范围内具备核心竞争力之后，“退补”出清，带来了龙头集中度的提升。

而根据国泰君安产业研究中心的判断，未来十年，芯片国产化将是国内半导体企业最大的弯道。

以史为鉴，在整个泛半导体产业链的国产化进程中，什么样的企业会脱颖而出，效仿过去十年的光伏和锂电成为产业龙头？

国君研究“下一个十年”专题研究系列第二篇，聚焦半导体材料细分领域，从不同产业链成长的历史中，寻找材料企业成长的模式和优秀企业的特征。

01

光伏，战“隆”在野

战略选择决定企业优势

2011年的隆基股份还是一家单纯做单晶硅的公司，与后来成就自己的光伏之间，相隔的是一整条光伏产业链。

而当我们回头去读隆基股份2012-2018年的年报，才能真正体会到教科书里频繁出镜的“战略选择”的重要性——

在当年单晶多晶技术路线之争打得火热之际，看准行业的方向或许并不困难，但隆基能够持续坚持战略选择，而且在遇到下游组件厂商阻力时，以极高的战略执行力将产业链拓展至下游单晶组件，引领PERC技术成为主流，最终打败了历史上的“亚洲硅王”保利协鑫，完成产业链一体化，这实属不易。

▼光伏产业链核心环节：硅料-硅片-电池-组件

数据来源：国泰君安《爱旭科技首次覆盖报告20190412》

在2012年上市第一年的年报中，隆基就清晰地阐述了自己在技术路线上的战略选择，以及在产业链中的市场定位：

“晶硅路线是未来十年的主流光伏技术路线，相对薄膜路线具有投资成本低、产业基础稳定、产业化前景广阔等优势；单晶路线与多晶路线相比具备可持续发展优势，其生产工艺和技术门槛高，对区域布局要求高，高转化效率所带来的度电成本降低空间大；聚光电池技术路线和物理法多晶硅短期缺乏产业发展前景。

在以上分析基础上，隆基股份将单晶路线作为长期发展的技术路线。

同时，上下游的交易成本在成本中所占比重较低，多领域投资和垂直一体化模式对企业资源能力和风险承担能力要求偏高，鉴于这些分析基础，隆基股份在主要光伏企业进行垂直一体化扩张时仍坚持专业化战略定位，取得了单晶领域技术、成本等多方面的领先优势。”

——隆基股份2012年报

一年后的2013年，单晶还是多晶好的争论在中国光伏产业界仍旧甚嚣尘上。面对汹涌的质疑，隆基在年报中开始体现出对整合下游组件制造商的“野心”：

“目前国内光伏应用市场以多晶产品为主，单晶产品的份额不足10％，单晶价值没有得到充分认可，主要原因在于渠道不畅，销售推动力不足。

在通往电站的渠道中，组件制造商占据主导地位，其对单晶、多晶的选择推广尤为重要。在光伏产品供应不足的时期（2005—2008年，2010—2011年），多晶产品因为工艺简单，产能快速扩张，国内主流电池组件企业均是多晶为主的一体化企业。

目前国外光伏应用市场单晶产品比例明显高于国内市场。2013年我国硅片出口共16.94亿美元，其中单晶硅片出口7.05亿美元，占总出口额的41.6％。国外成熟市场光伏制造及应用市场单晶比例提升趋势明显。”

——隆基股份2013年年报

不到一年后，隆基股份就出手对下游的光伏电站和电池组件业务进行了整合：

“产业链整合与新业务的培育取得实质性进展，有望成为新的利润增长点。2014年公司启动产业链整合，收购了浙江乐叶光伏科技有限公司，将产业链拓展至组件业务。”

——隆基股份2014年年报

尽管外界对光伏产业多年来的政府补贴议论纷纭，但我们坚持认为，补贴成就不了世界级的企业，是敏锐的技术觉察能力、强大的整合执行能力，以及坚定的战略选择能力成就了隆基。

02

产业链培育

成就锂电行业的宁德时代

2010年，我们刚刚开始研究锂电的时候，基于日韩的历史经验，认为材料环节是技术壁垒最高、盈利能力最强的环节，技术突破能力是我们当年衡量企业核心竞争力的最重要标准。

然而经历了锂电行业高速成长的10年再回头看，当年我们重点推荐的具备高技术壁垒的佛塑科技因为隔膜子公司的激励问题销声匿迹，江苏国泰和杉杉股份因为多元化的问题竞争力也已大不如前，新宙邦、当升科技虽然仍是子行业龙头，但市值和盈利增速远远弱于行业整体，反而是当年我们认为最没有技术壁垒的电芯和组件环节，出现了一家具备全球竞争力的独角兽——宁德时代。

全球新能源汽车销量从2011年的5.1万辆增长至2018年的237万辆，增长超过40倍，GAGR达到73％，而宁德时代在2014-2018年的装机量和收入的增长远超行业，考虑降价因素，收入的年复合增速仍然超过200％。

回顾宁德的发展史，和轻资产的上游材料环节不同，锂电电芯环节的资本开支强度高达4-5亿元/GW，因此友好的融资环境以及前期果断的大量资本开支，让宁德拥有了先发的规模化优势——2018年，宁德时代在国内的市占率已经超过40％，全球市占率21.9％。

与此同时，由于下游汽车对于稳定性、均一性要求高，成本和生产的管控能力是锂电电芯企业的核心竞争力，规模化带来的成本优势成了天然的壁垒。

不过比先发和规模优势更重要的，是宁德时代在设备和材料的国产化培育方面做的大量工作。宁德成功培育了大批本土供应商，让动力电池上游的国产化率超过80％，这也让其对产业链资源有了极强的控制能力。

这与日韩电芯组件环节的LGC、SDI、SKI、松下形成鲜明对比，后者之所以常年亏损，一个重要的原因就是日韩的产业链格局中，材料环节存在高壁垒，把控着利润的大头。

而宁德时代通过“控制关键原材料+输出配方+材料厂代工”模式，对上游具备强议价能力。

▼CATL对供应商的管控能力极强

数据来源：上市公司年报/招股书、国泰君安证券研究

如果从长周期视角来看，赛道的好坏、商业模式的优劣，就如同杜邦分析里面的杠杆率一样，是个内生变量。而一家优秀的公司，可以改变整个产业链的竞争格局。它竞争优势的外在体现可能是优秀的供应商管控能力、优秀的生产管理，以及大规模研发团队带来的高速技术迭代，内在体现很可能是创始人的愿景情怀、用人之道，以及与之相匹配的激励体系和制度。

03

半导体材料

历史是否正在重演？

历史上光伏、锂电的弯道是补贴和退补，通过惨烈地市场化竞争，找出具备全球竞争力的龙头企业，颠覆了整条产业链的竞争格局。

而由于面板和半导体的资本开支强度远远高于光伏和锂电，半导体行业的弯道则体现在大基金和国家队的投资上，从而实现产能转移。

▼集成电路贸易逆差持续扩大

数据来源：海关总署、wind、国泰君安证券研究

半导体材料主要分为晶圆制造材料和封装材料，其中晶圆制造材料包括硅片（37％）、光刻胶、光刻胶配套试剂、湿电子化学品、电子气体、 CMP 抛光材料、以及靶材等；芯片封装材料包括封装基板（39％）、引线框架、树脂、键合丝、锡球、以及电镀液等。

可以看出，和光伏锂电不同，半导体材料是半导体产业链中细分领域最多的环节，且技术路径相去甚远，材料成本合计占比仅10％。

▼半导体材料品类众多

数据来源：SEMI、wind、国泰君安证券研究

不过有失必有得。与光伏产业的野蛮生长不一样的是，半导体产业的下游由国家主导，因此竞争格局相对稳定，这也让半导体材料企业拥有更大的发展空间。

我们认为，材料企业的核心不单单基于研发，更多在于满足客户多样性的需求，帮助客户成长，因此降成本、改进工艺都是好的盈利模式，基于客户需求出发的技术服务能力将成为企业成长的驱动力。

从这个角度看，在半导体材料领域，对标日韩成长路径更加可行。

04

半导体材料的下一个十年

你可能关心的三个问题

1. 长周期下，需求增速最好的阶段就是股东回报最好的时期吗？

目前的世界环境下，国内无论是一级投资者还是二级投资者都在看半导体行业，因为这个行业的国产化需求最为旺盛。

那么，需求增速最好的阶段就是股东回报最好的时期吗？如果我们以具备全球竞争力的家电行业为复盘对象，答案正好相反。

国泰君安家电研究团队在行业复盘中这样表示：

“90年代到21世纪初是中国家电行业大发展的时代，也是需求最旺盛的年代。然而2007 年初海尔的张瑞敏就说过，家电产业是充分竞争的行业，目前的利润率仅在2-3％之间，已经像刀片一样薄了。

直到2011年最后一波中央政府补贴退出之后，完全市场竞争的时代，没有无必要的政府政策约束，没有政府补贴干扰，加上竞争格局良好，原材料成本持续下行，家电行业龙头这才进入了一个盈利水准的长周期上升通道中。”

——范杨《国泰君安道合·理：空调行业10年复盘》视频

大规模制造、高壁垒的渠道，加上深入人心的品牌印象，是这一时期家电龙头“定价权”的主要来源，也是时至今日仍无人能够挑战的核心壁垒。因此，2010-2019年才是家电行业股东回报最好的周期。

我们并没有否认所有行业的需求逻辑，2009-2019，消费电子产能向国内的转移带来了大批优秀的上市公司，如立讯精密、舜宇光学、海康威视、欧菲光等等。我们只是认为，制造业的核心壁垒在于领先的规模优势，需求增速并不是判断赛道优劣的核心变量。尤其在未来十年，面临经济增速放缓的背景，如何在价格战中取得规模优势才是衡量制造业龙头的最优标准。

2.资本的介入和股权的变化将给半导体材料企业带来哪些影响？

当下，科技企业学习华为管理的热情，已经可以比肩十年前制造企业学习台塑的情景。关于华为的研究很多，看到皮毛的我们只想讲讲感受最深的两点。

首先，公司治理和内控最难的是代理人问题，华为98％以上的股份都是员工的，企业价值最大化和股东利益最大化一致，永远不会被资本裹挟，永远保持全员创业的激情。

▼公司治理和代理问题

数据来源：国泰君安《公司研究框架》

其次，企业文化的建设和传承，空喊是没用的，需要与之相匹配的激励机制，比如996工作制和8年退休制度更有利于狼性文化的传承。8年退休可以永久拿分红，996锁死了工作时间，基于理性人假设，与其蹉跎度过，不如拼尽全力干满8年多拿股票早退休，而退休制度也给年轻人更多的发展和上升空间。

华为的股权模式无法效仿，但产业资本的介入和股权关系的变化很可能带来激励的改变和企业新的活力。

例如宁德时代绑定车厂，除了订单之外，更重要的是利益的分配，大幅降低车企上游一体化的动机。

因此我们观察半导体材料公司的发展，一个重要的切入点也是能不能像隆基一样拥有战略选择的定力和整合产业链的野心，考虑到半导体材料的复杂性和产业链下游的特殊属性，横向发展成为平台型公司或许是半导体材料企业更好的选择。

3. 那么，平台型半导体材料企业的成长路径是什么？

无论一级还是二级，从苹果供应链到华为供应链，再到5G的爆发，需求逻辑下对技术壁垒的偏好和执着一直是投资者的共性。

然而就像我们复盘锂电行业的发展时看到的，从长周期视角来看，科技类产品具有高速迭代和材料环节价格持续下降的属性。

那么，龙头供应商盈利的持续性真的是靠技术壁垒么？

我们认为，半导体材料企业的成长路径，应当是基于客户需求的技术服务能力和相关多元化。

技术型企业家，公司的寿命取决于产品的寿命。销售型企业家，企业能做多大取决于能掌握多少客户资源。

不同于大化工的市场空间和同质化产品，企业核心竞争力来源于资源优势或技术突破。对于半导体材料企业来讲，技术服务能力是胜出的关键。

---