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特种气体概况

工业气体：工业“血液”

工业中，把常温常压下呈气态的产品统称为工业气体。工业气体是现代工业的基础 原材料，在国民经济中有着重要的地位和作用，工业气体行业原材料是空气、工业废气、 基础化学原料等，其上游行业是气体分离及纯化设备制造业、基础化学原料行业、压力 容器设备制造业等。下游领域包括集成电路、液晶面板、LED、光纤通信、光伏、医疗 健康、节能环保、新材料、新能源、高端装备制造等新兴行业以及冶金、化工、机械制 造等传统行业，对国民经济的发展有着战略性的支持作用，因此被喻为“工业的血液”。

根据制备方式和应用领域的不同，工业气体可分为大宗气体和特种气体，大宗气体 主要包括氧、氮、氩等空分气体及乙炔、二氧化碳等合成气体，特种气体品种较多，主 要包括电子特种气体、高纯气体和标准气体等。

 

特种气体：现代工业“粮食”

特种气体是工业气体中的一个新兴门类，是随着近年来国防工业、科学研究、自动 化技术、精密检测，特别是微电子技术的发展而发展起来的。20 世纪 80 年代，电子产 业的兴起推动特种气体的需求提高，外资开始通过收购、新设等方式建立气体公司进入 中国气体市场，向国内气体用户提供气体产品，随着气体供应商供气模式的引入，国内 企业原有的气体车间、气体厂和供气站等纷纷发展为独立的气体公司，国内特种气体市 场逐步发展起来。

 

从应用领域划分，特种气体主要有电子气体、高纯气体和标准气体三种，广泛应用 于电子半导体、化工、医疗、环保和高端装备制造等领域。其中，电子气体是指用于半 导体及其它电子产品生产的气体，目前，我国电子气体品种基本齐全，但数量和质量与 发达国家相比，尚有较大差距；高纯气体通常指利用现代提纯技术能达到的某个等级纯 度的气体，对于不同类别的气体，纯度指标不同，大多用于超大规模集成电路及分离器 件、光电子等高科技领域；标准气体严格意义上应称为标准校正气体，是一种高度均匀， 稳定性良好和量值准确的气体，可分为单元标准气体和多元标准气体，目前标准气基本 满足了我国石油、化工、环保、传感器校核等诸多领域的需求，但对活性较强的标准气， 国内尚无法彻底解决量产问题。

 

在 2018 年我国特种气体年销售额中，电子行业约占 41%，石油化工约占 39%，医疗 环保约占 10%，其它约占 10%。

 

电子气体：电子工业“血液”

广义的“电子气体”指可用于电子工业生产中使用的气体，是最重要原材料之一， 狭义的“电子气体”特指可用于电子半导体领域生产的特种气体。电子气体可以分为电 子特种气体和电子大宗气体。电子气体在电子产品制程工艺中广泛应用于离子注入、刻 蚀、气相沉积、掺杂等工艺，被称为集成电路、液晶面板、LED 及光伏等材料的“粮食” 和“源”。

 

电子气体地位日益凸显

近年来，随着电子工业的快速发展，电子气体在半导体行业中的地位日益凸显。在 微电子、光电子器件生产过程中，从单个芯片生成到最后器件的封装，几乎每一步、每一个环节都离不开电子气体，在不同的电子应用领域中，电子特种气体和电子大宗气体 的成本占比略有不同。其中，集成电路领域，电子特种气体和电子大宗气体各自占比 50%。电子气体的质量很大程度上决定了半导体器件性能的好坏。电子气体纯度每提高 一个数量级，都会极大地推动半导体器件质的飞跃。

 

电子气体是仅次于大硅片的第二大市场需求半导体材料，电子气体在 2016 年的半 导体材料市场占比达 14%。随着半导体产业的发展，电子气体市场也随之增长。

 

电子特种气体的下游应用领域主要为电子半导体领域，具体又分为光伏、光纤通信、 LED、液晶面板和集成电路，电子特气市场需求与下游产业景气度关联度较高。2018 年 中国集成电路、显示面板、光伏三大下游对电子特气的需求占比超过 90%。

 

电子特气在电子产业的应用

1）电子气体在集成电路领域的应用

特种气体是半导体材料制造过程不可缺少的基硅性支撑材料，处于半导体产业链的 上游，被称为半导体的“源”，主要应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺。

化学气相沉积(CVD)：是通过气体混合的化学反应，在硅片表面沉积一层固体膜的 工艺，通常包括气体传输至沉积区域、膜先驱物的形成、膜先驱物附着在硅片表面、膜 先驱物粘附、膜先驱物扩散、表面反应、副产物从表面移除、副产物从反应腔移除等八 个主要步骤。化学气相沉积常用的特种气体包括:SiH4、DCS、TCS、SiCl4、TEOS、NH3、 N2O、WF6、H2、O2。

刻蚀：是采用化学和物理方法，有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，刻 蚀的目的是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形，可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。硅片的 刻蚀气体主要是氟基气体，包括 CF4、CF4/O2、SF6、C2F6/O2、NF3 等，但由于其各向同 性，选择性较差，因此改进后的刻蚀气体通常包括氯基(Cl2)和溴基(Br2、HBr)气体。 铝和金属复合层的刻蚀通常采用氯基气体，如 CCl4、Cl2、BCl3 等。

掺杂：是将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以改变半导体电学性质，形成 pn 结、电阻、欧姆接触等。常用的三价掺杂气体有 B2H6、BBr3、BF3 等，常用的五价掺 杂气体有 PH3、POCl3、AsH3、SbCl5 等。

 

2）电子气体显示面板领域应用

薄膜晶体管（TFT）和液晶显示器（LCD）具有体积小、重量轻、低辐射、低耗电量、 全彩化、速度快、对比度和亮高、屏幕观察角度大、分辨率高等优点，是目前主流的平 面显示设备。TFT/LCD 的生产包括 TFT 阵列(包括薄膜、光刻、刻蚀)、彩色滤光片(包 括黑矩阵膜、红绿蓝膜、透明导电层)、面板、模组等工序。薄膜工序，通过化学气相 沉积，在玻璃基板上沉积 SiO2、SiNx、a2Si、n 型 a2Si 薄膜，使用的特种气体有 SiH4、 PH3、NH3、NF3 等；干法刻蚀工序，在等离子气态氛围中选择性腐蚀基材，通常采用 SF6、 HCl、Cl2 等气体。

3）电子气体在太阳能电池中的应用

太阳能电池分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池，薄膜太阳能电池分为非晶硅 (a-Si)薄膜和非晶/微晶硅(a-Si/μc-Si)叠层薄膜。晶体硅电池片生产中的扩散工艺用 到 POCl3 和 O2，减反射层 PECVD 工艺用到 SiH4、NH3，刻蚀工艺用到 CF4；非晶硅太阳能 电池在 LPCVD 沉积 TCO 工序用到 DEZn、B2H6；非晶/微晶硅沉积工序用到 SiH4、PH3/H2、 TMB/H2、CH4、NF3 等。

 

下游需求旺盛，引领特气行业高增长

下游产业发展迅速，引领特气行业高增长

我国特种气体行业在 2006 年后进入快速发展阶段，广泛应用于集成电路、显示面 板、光伏能源、光纤光缆、新能源汽车、航空航天、环保和医疗等新兴产业领域，在《十 三五国家战略新兴产业发展规划》等产业政策的推动下，特种气体的下游产业迅速发展， 同时产业创新、技术迭代带来新工艺和新产品等，不仅在规模上增加了特种气体的需求， 也进一步拓宽了特种气体的应用领域，不断产生新的特种气体产品需求。

1）半导体行业：产业链向国内转移，市场持续增长

半导体产业向国内转移。从区域分布看，根据 WSTS 统计数据，亚太地区市场规模 占全球市场的比例不断提高，亚太与日本市场合计约占全球半导体市场的 70%左右， 2017 年，全球半导体市场规模为 4122.21 亿美元，同比增长 21.6%，2018 年全球半导 体市场保持增长势头，市场规模达到 4779.40 亿美元，同比增长 15.90%；从芯片销售 额看，根据 WSTS 发布的数据，2016 年中国半导体消费额 1075 亿美元，占全球总量的 32%，已成为全球最大的半导体消费市场。随着国内制造业环节快速发展，以及国内巨 大的消费市场和劳动力人口优势，半导体产业将加快向国内转移，世界市场份额不断向 中国集中。

 

半导体行业持续增长。全球半导体市场规模近年来增速平稳，2012-2018 年复合增 速 8.23%。其中，中国大陆集成电路销售规模从 2158 亿元迅速增长到 2018 年的 6531 亿元，复合增速为 20.27%，远超全球其他地区，全球半导体产业加速向大陆转移。2014 年国家发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》并设立了投资产业基金，根据规划我 国集成电路销售额平均增速将保持在 20%，因此半导体集成电路电子用气市场规模有望 快速增长。

 

2）显示面板行业：尺寸大型化发展，市场平稳增长

全球显示面板行业稳定增长。全球平板显示产业保持平稳增长，业态发展呈现尺寸 大型化、竞争白热化、转移加速化和产品定制化等特点，受益于电视平均尺寸增加以及 大屏手机、车载显示和公共显示等需求的拉动，根据 IHS 预测，2016 年-2025 年全球新 型显示面板需求面积的 CAGR 预计将达 4%，到 2025 年增长至 2.66 亿平方米。

我国面板显示行业市占率不断提升。受益于国家政策的支持，我国面板显示行业逐 渐发展起来，在全球的市占率也逐步提高，2011 年中国大陆大尺寸面板占全球比例约 为 1%，经过多年的发展，2018 年上升至 42%，大尺寸面板产能为 78.9 百万平方米/年， 预计 2020 年达到 125.9 百万平方米/年。

 

LCD 市场，近年来我国面板厂商继续加快高世代液晶面板生产线的建设与投产， 2019-2021 年将有 8 条产线陆续投产，合计产能超过 6000 万平方米，预计到 2021 年中 国将占到全球 58%的市场份额。在 OLED 市场方面，目前是韩国占据主导地位，但国内面板厂商近年来不断提高 OLED 技术，同时加快布局 OLED 生产线。预计未来国内 OLED 面板产能将会得到快速的释放，据 DSCC 预测，中国 OLED 面板市场份额到 2025 年将会 快速增长至 43%。

 

3）光伏行业：国家政策支持，市场快速增长

中国光伏产业起步较晚但呈现迅速发展的势头。2010 年后，在欧洲经历光伏产业 需求放缓的背景下，我国光伏产业迅速崛起，成为全球光伏产业发展的主要动力，2018 年全国新增光伏并网装机容量达到 44GW，同比下降 17%，累计光伏装机并网容量超过 174GW，2019 年，我国新增光伏并网装机容量达到 30.1GW，同比下降 32.0%，累计光伏 并网装机量达到 204.3GW，同比增长 17.1%，尽管在政策调整下，整体光伏市场有所下 滑，受益于海外市场的增长，我国光伏产业规模稳步扩大、技术创新不断推进、出口增 速不断提升。自 2013 年至 2019 年我国新增和累计装机容量均为全球第一，预计 2020 年光伏新增装机量超过 35GW，较 2019 年有所回升，累计装机有望达到约 240GW。

 

气体市场持续发展

全球工业气体市场近年来呈现稳步增长的态势，2018 年全球工业气体市场规模约 为 1220 亿美元。目前，全球工业气体需求的主要市场仍然是北美和欧洲，但增速显著 放缓；亚太地区近年来发展很快，已成为拉动全球市场增长的主要引擎。

我国工业气体行业在 80 年代末期已初具规模，到 90 年代后期开始快速发展。近年 来我国工业气体行业发展迅速，市场规模由 2010 年的 410 亿元上升至 2018 年的 1350 亿元，2010-2018 年年均复合增长率达到 16.05%。与发达国家相比，我国人均工业气体 消费量还处在较低水平，根据 2018 年的人均工业气体消费量统计，我国的人均工业气 体消费只有美国的 1/26，不足西欧与澳洲的 1/20，与南美和东欧国家也有较大差距， 未来仍有很大的发展潜力。

 

 

新兴分散用气市场逐渐兴起。工业气体市场较为复杂，可大致分为大宗集中用气市 场和新兴分散用气市场，其中大宗集中用气市场主要是传统行业，包括冶金、炼化和煤 化工等，对气体需求品种单一且使用量巨大，而新兴分散用气市场主要是高新技术产业， 包括电子制造、光伏和生物医药等。钢铁、化工等传统大宗用气市场规模相对较为稳定， 用气品类也较为单一，新兴分散零售市场用气数量和种类在工业气体应用中占比越来越 高，由 2007 年占比 40%提升至 2015 年 52%，有逐渐超过传统行业用气市场需求的趋势。

全球特种气体行业保持平稳增长态势。全球特种气体市场规模由 2010 年 200 亿美 元增长至 2018 年 421 亿美元，年均复合增长率为 9.75%。根据前瞻产业研究院预测， 未来数年全球特种气体市场规模将以年均 9%的速度增长，预计 2024 年全球特种气体市 场规模将达到 706 亿美元。从地区分布来看，美洲是全球特种气体市场规模最大的地区， 占比约为 45.17%，其次为欧洲、中东和非洲市场占比 31.40%，亚太地区占比最小为 23.43%。预计至 2020 年，亚太地区特种气体需求增长最快，市场规模将达到 168 亿美 元，所占比重提升至 25.80%；美洲地区需求增长有所放缓，市场规模为 253 亿美元， 占比降至 38.90%。

 

 

我国特种气体行业市场规模呈现稳定上升趋势。特气行业市场规模由 2010 年 118.14 亿元增长至 2018 年 296.49 亿元，年均复合增长率为 12.19%，预计未来五年我 国特种气体市场持续增长，2019-2024 年特种气体市场增速可以达到 12%左右，2024 年 市场规模中性预测可达 1087 亿元，保守预计将达到 915 亿元。

 

我国电子特种气体市场规模保持快速发展。电子特气市场规模由 2010 年 38.99 亿 元增长至 2018 年 121.56 亿元，年均复合增长率为 15.21%，电子特气市场规模占我国 特气市场规模的份额也在逐步提升，2018 年占比达到 20.8%。从细分领域来看，应用于 半导体领域的电子特气市场规模占比不断提高，2018 年半导体领域需求市场规模达 85 亿元。2014 年《国家集成电路产业发展推进纲要》提出到 2020 年集成电路全行业销售 收入年均增速超过 20%，随后国家出台一系列相关产业政策支持集成电路行业的发展， 未来集成电路行业将持续保持增长，预计到 2024 年我国电子特气市场规模将会达到 230 亿元。

 

 

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