半导体材料是芯片制作的基底，制作半导体的材料繁多，目前主要以硅基和化合物材料共生共存的半导体材料格局。常见的半导体材料有硅，砷化镓，氮化镓和碳化硅。随着科学技术的发展，硅材料在半导体制作上逐渐趋向物理极限，因此无法满足一些超高规格电子产品对高功率，高频率和高压等苛刻条件。目前，可以通过以硅材料为衬底，化合物材料在硅材料外延生长制成单晶片，也能满足射频芯片、功率器件对高频、高压、高功率的需求，这在一定程度上缓解了硅材料性质的劣势。

相比于其他半导体材料，硅材料有着更大的应用领域与需求量。硅半导体主要运用于逻辑器件、存储器、分立器件。化合物半导体如砷化镓，氮化镓和磷化铟等，主要应用于光电子、射频、功率等具备高频、高压、高功率特性器件。在目前的电子产品应用中，对化合物材料的需求远低于硅材料，仅有军工、安防、航天 等少部分需要超高规格的应用领域，才需采用化合物单晶材料。

图表 1：半导体材料

资料来源：公开资料整理

即使目前半导体材料已发展至第三代：碳化硅、氮化镓和金刚石等，但主流依旧以硅材料为主，90%以上的半导体产品以硅元素制作。主要因为硅元素具有以下优势：1）安全无毒，对环境无害，属于清洁能源。2）天然绝缘体，可通过加热形成二氧化硅绝缘层，防止半导体漏电现象，因此在晶圆制造时减去表面沉积多层绝缘体步骤，降低晶圆制造生产成本。3）储量丰富，硅元素在地壳中占到27.7%，降低半导体的材料成本。4）制作工艺成熟，以硅材料制作的半导体硅片技术发展，从1970年的2英寸硅片进步至2020年的18英寸硅片。经过长时间的发展，与其他半导体材料相比较，硅材料的应用技术更加成熟且更具有规模效益，在这样的条件下，硅材料显得“物美价廉”，这样的特质给予了硅材料不可替代的行业地位。

半导体硅片是半导体产业链的上游，是制作芯片的核心材料，贯穿了芯片制作的全过程，半导体硅片的质量和数量不仅 是制造芯片的关键材料，同时也制约下游终端领域行业的发展。

图表 2：半导体硅片产业链

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在硅片产业链中，上游为原材料硅矿，中游为硅片制造商，有较强的议价权，下游是芯片制造商。上游硅矿原材料丰富，议价权较弱。与此相比，硅片制造商在硅片制作过程中，需要精密的机器设备，成熟的工艺流程和优秀的技术人才做支撑，才能制作出符合条件的优质硅片，因此硅片制造商对机器，工艺流程和技术人才的掌握至关重要。而唯有满足这些条件的硅片制造商，才有能力为下游芯片制造商提供符合条件的硅片。同时，硅片要经过下游芯片制造商的认证，才能发生订单交易。因此，满足客户认证且有较高技术工艺的硅片制造商，可替代性越弱，有着较强的议价权。

图表 3：半导体产业链

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在半导体产业链中，上游主要为芯片的制造原材料和制造芯片的关键设备，如光刻机，刻蚀机、薄膜沉积设备，中游为芯片制造商，下游分别对应终端领域应用厂商，如智能手机，AI和IOT。上游的晶圆原材料和关键设备有较强的议价权，主要因为晶圆原材料和关键设备的制造，有着较高的技术壁垒，可替代性弱。中游芯片制造主要为：IC设计，IC制造和IC封测。IC设计厂商根据客户要求设计芯片；IC制造商主要将IC设计商的电路图刻蚀至半导体硅片；IC封测主要是对芯片进行封装和测试。目前，中游厂商分为三种模式：IDM(一体化),Fabless（IC设计与销售）和Foundry（IC制造与封测）。IC设计所占有的利润最高，但IC制造议价权较强，主要在于IC制造的前道制造和后道封测也有较高的技术壁垒，因此对于下游终端应用商，IC制造商和IC封测商的可替代性低，议价权强。

半导体产业中最下游终端应用领域主要围绕：5G通讯，IOT，智能手机，汽车和AI等，这些领域的发展带动半导体硅片需求量上升。通过前面的分析，半导体硅片芯片制造的基础，而芯片是终端应用的不可或缺的电子元件，因此这些下游终端应用的技术革新，带动了对中游芯片需求的上升，从而推动了硅片需求量的增加。而下游终端的发展，倚靠上游硅片的供给，只有合格的硅片才能为芯片的制作打下稳固的地基，为下游终端提供良好的芯片。