导语--我们已经通过三篇文章对半导体的基本物理原理和器件基础进行了介绍,接下来我们将与我们的投资实践进行更紧密的贴合,对半导体行业进行一个系统的梳理。半导体行业作为现代信息科技产业应用的基础,其分类颇为繁复,因此我们的系列文章会分为数篇。
半导体依照衬底材料的不同可分为第一、第二、第三代半导体,第一代半导体以硅(Si)、锗(Ge)作衬底材料,应用最为广泛,第二代半导体以砷化镓(GaAs)作为衬底材料,第三代半导体则以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)作为衬底材料。依照规格划分可分为军用级、车规级、工业级、民用级半导体,它们具有不同的温度适应能力与抗干扰能力。此外,世界半导体贸易统计组织(WSTS)将所有半导体按照结构功能划分为集成电路、分立器件、光电子器件与传感器四大类,我们将其总结为如下的思维导图。
集成电路简称IC(IntegratedCircuit),是采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容等元件集成在半导体晶圆上,成为具有所需电路功能的微型结构。年集成电路即我们通常说的芯片占全球半导体市场份额的82.02%。按照产业链层级可将芯片分为设计、制造、封测三大环节,再辅以所需的EDA软件、IP核、设备与材料等环节。若按照处理信号种类划分,芯片可分为数字芯片与模拟芯片——前者处理0和1等离散数字信号,模拟芯片则处理温度、湿度、压强等连续模拟信号。随着半导体技术的发展,大多数芯片两种信号均能处理,区别在于处理哪种信号较多。其中数字芯片占半导体市场规模的69.38%,模拟芯片占半导体市场规模的12.64%。
集成电路的特点是“集成”,分立器件的特点则是“分立”,两种细分品类的形成也是伴随芯片发展演化的过程慢慢出现的。如果说集成电路是将成千上万个PN结集成到一块晶片上,而分立器件只在晶片上形成一个或少量的PN结,实现一些相对简单的功能。
首先芯片的集成带来了更高的性能,提供了一个强大的系统,如随着制程代际的不断提高,逻辑芯片的算力在摩尔定律的驱动下不断增强。然而但对于实现一些特定功能,如高速开关、稳压及其他一下相对不太复杂等功能要求的产品,考虑到集成到一起的难度、稳定性与成本高低,并不需要对集成度和制程进行那么强烈的追求,于是这些器件就以最初的形式保留下来,这就是分立器件的由来。分立器件年占半导体市场规模的5.40%,这一行业可以进一步细分为功率器件与小信号器件,他们都起到整流、稳压、开关、变频等功能,其区别在于功率的大小。小信号器件市场份额的占比较小,因此大量资料将分立器件与功率器件等同。
除了集成电路、分立器件两个行业外,光电器件也是半导体的重要组成部分。光电器件的物理基础是爱因斯坦发现的光电效应理论,包括光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。光电器件依据功能用途可进一步细分为光通信器件与显示照明器件,年光电器件占半导体市场规模的9.17%。
最后一类半导体器件是传感器,传感器是物理世界与信号世界的桥梁,它从现实世界采集力热光电等等物理信号,并用于模拟芯片的下一步处理。由于自然界中模拟信号种类众多,相应的传感器也有非常多的种类,比较重要的传感器有图像传感器(CMOS图像传感器是其中最大的品类)、微机电系统传感器(MEMS传感器,是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器)等。年传感器占半导体市场规模的3.41%。
至此我们已经对半导体行业的大致分类有了基本了解,下周我们将对各个细分行业进行仔细梳理。