（2004-12-9）
信息材料是信息技术和产业的基础，主要包括微电子材料、光电子材料、存储和显示材料、光纤传输材料、传感材料、磁性材料、电子陶瓷材料等。这些材料及其产品支撑着通信、计算机、家电与网络技术等现代信息产业的发展。目前，信息材料作为基础性材料已渗透到国民经济和国防科技中各个领域，如以硅为代表的集成电路用材料是集成电路产业的基础，没有高质量的以硅和砷化镓等为代表的微电子材料就不可能制造出高性能的电子元器件和集成电路。2l世纪是光电子时代，光电子产业的兴起和发展无不以光电子材料的发展为基础。如砷化镓、磷化铟等化合物半导体材料的研制成功导致了新型激光器和光探测器的出现；当今世界80％的信息传输业务由光纤来完成，光纤及其网络技术的进步和普及正在改变着人类社会的交流和生活方式；存储和显示材料、磁性材料、电子陶瓷材料广泛应用于计算机、通信设备、家用电器、汽车、医疗设备、航空、航天等各个领域。



1．国际发展现状与趋势

（1）微电子材料

微电子材料总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、高完整性，以及薄膜化、多功能化、片式化和集成化方向发展。

? 硅基材料

半导体器件的95%以上是用硅材料制作的，硅片被称作集成电路的核心材料，硅材料产业的发展和集成电路的发展紧密相关。经过多年的发展和竞争，国际硅材料行业出现了垄断性企业，日本、德国和美国的六大硅片公司的销量占硅片总销量的90%以上，其中信越、瓦克、SUMCO和MEMC四家的销售额占世界硅片销售额的70%以上，决定着国际硅材料的价格和高端技术产品市场，其中以日本的硅材料产业最大，占据了国际硅材料行业的半壁江山。目前世界多晶硅的年生产能力约为26000吨，海姆洛克（美国）、瓦克ASIM（德国），德山曹达（日本）、MEMC（美国）占据了多晶硅市场的80％以上；单晶硅和外延片的生产企业有信越（日本）、三菱住友SUMCO（日本），MEMC（美国），瓦克（德国）等。在集成电路用硅片中，8英寸的硅片占主流，约40～50％，6英寸的硅片占30％。当硅片的直径从8英寸到12英寸时，每片硅片的芯片数增加2.5倍，成本约降低30％，因此，国际大公司都在发展12英寸硅片，2006年产量将达到13.4亿平方英寸，将占总产量的20%左右。

随着集成电路特征线宽尺寸的不断减小，对硅片的要求越来越高，控制单晶的原生缺陷变得愈来愈困难，因此外延片越来越多地被采用。目前8英寸硅片有很大部分是以外延片形式提供的，而12英寸芯片生产线将全部采用外延片。

在世界范围内8英寸和12英寸硅片仍然是少数几家硅片供应商的拳头产品，他们有自己的专有生产技术，为世界提供了大部分制造集成电路用的8英寸和12英寸硅抛光片和硅外延片，这种局面在今后相当一段时间内不会有根本的改变，这些大公司的12英寸外延片已量产化，目前国外8英寸外延片价格约45美元/片，而12英寸外延片价格就高的多，其经济效益还是很可观的。



图2-1  国际微电子材料的发展趋势

? SOI材料

集成电路发展到目前的超大规模时代，要进一步提高芯片的集成度和运行速度，现有的体硅材料和工艺正接近它们的物理极限，在进一步减小集成电路的特征尺寸方面遇到了严峻的挑战，必须在材料和工艺上有重大突破，必须寻找比体硅更好的材料。SOI有望取代体硅材料成为深亚微米集成电路的主流技术。SOI技术具有高速、低压低功耗、耐高温等特点，同时具有简化工艺流程、提高集成密度、减小软误差等优势，是解决超大规模集成电路功耗危机的关键技术，是0.13mm以下工艺的首选技术，被誉为“21世纪的新型硅基集成电路技术”。

IBM、SEMInvest 等指出，在300mm技术中，新的取得主导地位的材料技术将是铜连线、SOI、low k、锗硅以及应力硅（Strain Silicon）等。世界著名的Dataquest 预测：SOI材料在2005年将占整个硅市场的约10%，约为10亿美金；2008年占50%，那时SOI材料市场将达到每年80亿美金。其中，薄膜SOI市场约占80%，约为64亿美金。薄膜SOI市场大部分为300mm SOI圆片市场，300mm薄膜和超薄SOI材料，实际上就是SOI薄膜厚度在数十纳米的微纳半导体新材料。

国际上对SOI材料的应用研究，主要是IBM、Intel、Motorola、AMD等公司，SOI结构器件已有规模化生产，器件成品率达到硅器件的成品率，IBM年消耗8英寸SOI外延片约36万片，并正投资50亿美元建造12英寸SOI线。INTEL公司利用SOI技术构造的THz晶体管，其截止频率达2.6THz， Texas Instrument的研究集中于单芯片系统（DSPs），技术水平为0.25mm ，SOI器件和材料具有广阔的商业前景。

? SiGe/Si外延材料

在硅外延市场不断发展的同时，锗硅外延市场随着全球通讯的快速发展也越来越好。锗硅材料作为一种新型硅基半导体材料，其频率特性优于硅。SiGe/Si HBT技术的主要优势在于其低成本（与标准硅工艺兼容）、高性能，基于SiGe HBT的功率放大器（PA）、低噪声放大器（LN）、Mixer等在无线通信中获得了广泛的应用，SiGe/Si HBT在第三代移动通信系统（射频前端）领域是砷化镓器件最强有力的竞争者。 IBM将SiGe-HBT高速性能引入Bi-CMOS工艺中去，使模拟与数字电路功能在同一芯片上实现。目前

国际上锗硅外延以6-8英寸为主。

美国、德国和日本在锗硅材料及相关器件的研究领域保持领先水平。美国的IBM是这一行业的领军人物，目前IBM在应变SiGe/Si材料和相关器件SiGeHFET的研究上同样建树颇丰，并于2001年宣布，用应变SiGe/Si材料制作的SiGeHFET将是下一个进入产业界的锗硅器件。研究人员看好的还有锗硅技术与SOI材料的结合，由于兼有锗硅和SOI的优点，可以更好的体现锗硅器件的高速度和SOI低功耗等优点，大大降低了有源寄生效应，易于实现片上高Q值的无源器件，有利于大规模的集成，以实现MMIC和SOC。目前，美国和日本等国在这一领域开展了不少研究工作。由于将锗硅技术引入 BiCMOS只需增加10%的成本，但其性能却可以达到高一代工艺水平的Si-BiCMOS性能。投资高一代工艺水平的生产线需数十亿美元，而在现有生产线基础上增加锗硅外延设备只需几百万美元，用低的投入而得到高的收益使得IC制造厂纷纷涉足锗硅技术。目前已有十余家IC制造厂可进行0.18-0.5um工艺水平的锗硅BiCMOS代工业务，SiGeHBT的ft可大于100GHZ；除了SiGeBiCMOS技术，亦有数家半导体生产厂拥有微波功率器件的SiGeHBT技术，如Infineon、Maxim、Tachyonics等。硅锗到2007年将占化合物半导体市场的33%，原因之一就是可与传统CMOS工艺兼容。

? 砷化镓单晶材料

砷化镓和磷化铟是微电子和光电子的基础材料，为直接带隙，具有电子饱和漂移速度高、耐高温、抗辐照等特点，在超高速、超高频、低功耗、低噪声器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。目前，世界砷化镓单晶的总年产量已超过200吨(日本1999年的砷化镓单晶的生产量为94吨)，其中以低位错密度的VCG和HB方法生长的2～3英寸的导电砷化镓衬底材料为主。近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径(6～8英寸)的Si-GaAs发展很快，4英寸70厘米长及6英寸35厘米长和8英寸的半绝缘砷化镓(Si-GaAs)也在日本研制成功，美国motolora公司正在筹建6英寸的Si-GaAs集成电路生产线。磷化铟具有比砷化镓更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径4英寸以上大直径的磷化铟单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。砷化镓单晶材料的发展趋势是:①增大晶体直径，目前4英寸的Si-GaAs已用于大生产，预计直径为6英寸的Si-GaAs在21世纪初也将投入工业应用；②提高材料的电学和光学微区均匀性；③降低单晶的缺陷密度，特别是位错；④砷化镓和磷化铟单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。

? 宽禁带材料

以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强、良好的化学稳定性等独特的特性，它在光显示、光存储、光探测等光电子器件和高温、高频大功率电子等微电子器件领域有广阔的应用前景，其研究工作突飞猛进，日新月异。在美国开展氮化镓高亮度LED和LD研究的公司和大学有几十家之多，耗资上亿美元。日本的日亚（Nichia）公司在这场竞争中扮演了重要角色，它在技术上一路领先，市场上独占鳌头，几年间从一个名不见经传的小公司变成一个在日本家喻户晓、国际上知名度很高的公司，获取了巨大商业利润。在我国台湾也是公司的研究水平高于大学和工研院。以上特点明显不同于其它研究领域，显示了市场驱动力的特征。到目前为止，全世界有184 个公司和293个大学和研究机构从事氮化镓基材料生长、器件工艺和相关设备制造的研究和开发工作。这比2000年5月以来分别增加了74%和24%。美国Cree公司由于其研究领先，主宰着整个碳化硅的市场，几乎85%以上的碳化硅衬底由Cree公司提供，90%以上的生产在美国，亚洲只占4%，欧洲占2%。碳化硅衬底材料的市场正在快速上升阶段，估计到2007年，碳化硅衬底材料的生产将达到60万片，其中90-95%被用于氮化镓基光电子器件作外延衬底。

氮化镓基宽禁带半导体材料、器件和电路具有超强的性能和广阔的应用前景，近年来受到各国军方特别是美国军方的重视。从20世纪90年代初开始，包括海军、陆军、空军、弹道导弹防卫局 (BMDO)和国防预研局 (DARPA)在内的美国国防部几乎所有的部门都将氮化镓器件研究列入了各自电子系统发展规划之中。美国国家航空航天局 (NASA)、运输部(DOT)和能源部 (DOE)也将基于氮化镓的大功率和高温电子系统列入了发展规划中。

美国的APA光学公司1993年研制出世界上第一个氮化镓基HEMT器件。目前，国外正朝着更大功率、更高工作温度、更高频率和实用化方向发展。

生长在蓝宝石衬底上的氮化镓基HEMT结构材料的室温迁移率最高达到1500 cm2/V.s，二维电子气浓度达到1013cm-2，研制的HEMT器件的功率密度达到6 W/mm。

目前在6H-SiC衬底上氮化镓微电子材料室温迁移率达到2000 cm2/V.s，电子浓度达到1013cm-2。生长在碳化硅衬底上的氮化镓基HEMT的功率密度达到了10.3 W/mm (栅长0.6 ?m，栅宽300 ?m)，生长在碳化硅衬底上的AlGaN/GaN HEMT器件（栅长为0.12 mm）的特征频率ft = 101 GHz、最高振荡频率 fmax =155GHz。

与蓝宝石衬底材料相比，碳化硅衬底材料具有高的热导率，晶格常数和热膨胀系数与氮化镓材料更为接近，仅为3.5％（蓝宝石与氮化镓材料的晶格失配度为17%），是一种更理想的衬底材料。目前在碳化硅衬底上氮化镓微电子材料及器件的研究是国际上的热点，也是军用氮化镓基HEMT结构材料和器件的首选衬底，但碳化硅衬底上材料十分昂贵。



（2）光电子材料

光电子器件领域主要涉及新型光显示器件、光存储器件、光照明器件、光探测器件、全固态激光器、光纤传输等。随着光电集成成为21世纪光电子技术发展的一个重要方向，光电子器件的尺度逐步低维化，由体结构向薄层、超薄层和纳米结构的方向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性、平衡态向非平衡态发展。光电子器件的发展重点将主要集中在激光器件、红外探测器件、等离子体显示器件、液晶显示器件、高亮度发光二极管器件、光纤用材料和器件等方面。

光电子器件技术领域的发展特点是对工艺创新的依赖性强，而任何创新的工艺，必须使用与之相配套的新型材料，所以说光电子器件的进步和发展离不开各类专用材料的强有力的支撑，同时电子材料的开发和发展也是与光电子器件的需求息息相关。

? LED材料

经过40多年的发展，LED材料和器件已经实现了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七彩原色LED的生产和应用，并拓展到近红外和近紫外范围，发光效率提高了近千倍。现在使用氮化镓基材料除了已经制备出蓝光、绿光到近紫外波段的高亮度LED，还由此发展出高亮度白光LED，为半导体照明产业的发展奠定了基础。

国际上LED产业发展趋势是，正在向种类更多、亮度更高、应用范围更广、价格更低的方向发展。其中半导体照明（含特种照明和通用照明）用LED是发展的重中之重。日本日亚公司在蓝宝石衬底上生长氮化镓基LED， 无论是蓝光LED、紫光LED、紫外LED还是白光LED均为国际上目前最高水平，其460nm蓝光LED、400nm紫光LED和365nm紫外LED的外量子效率分别达到34.9%、35.5%和12.4%，其白光(蓝光LED芯片+荧光粉) 的照明效率达50 lm/W。美国CREE公司在碳化硅衬底上生长氮化镓基LED， 无论是小尺寸芯片蓝光LED和紫光LED还是大尺寸蓝光LED和紫光LED均属国际上顶级水平。

半导体照明的巨大市场引起了许多国家政府的重视，纷纷组织国家级的研究计划，推动半导体照明产业的发展。日本的21世纪光计划，提出要在2006年完成用白光LED照明替代50％传统照明的目标；美国的国家半导体照明计划，时间是从2000年～2010年，将耗资5亿美元；欧盟的彩虹计划在2000年7月启动，通过欧盟的补助金来推广白光LED的应用；韩国产业资源部的氮化镓半导体开发计划预计持续5年，分1999～2002及2003～2004两阶段进行。

? LCD材料

根据MERCK公司的估计，随着液晶显示技术的发展，世界市场将进一步扩大，预计到2005年，LCD占平板显示器市场82.6%，达到449亿美元；TFT-LCD占LCD市场84.4%，达到379亿美元；TFT-LCD用液晶材料的产值达到约20亿美元，需求量为250吨左右。目前全球TFT-LCD用基片玻璃市场规模已达3000万平方米，属于高档硼硅玻璃，与一般TN、STN所用钠玻璃不同，主要制造商为日本电气硝子(NEG)、旭硝子、美国康宁等。世界偏光板市场至今为止几乎由日本4家公司垄断，产量约为840万㎡，国内有三家企业生产偏光片，总的生产能力为每年300万㎡ 。彩色滤光片作为显示面板的主要原材料，可以大致分为CSTN彩色滤光片、TFT彩色滤光片和OLED彩色滤光片，国外CSTN彩色滤光片与TFT彩色滤光片的生产技术已经成熟，中国尚处于研制阶段。



? PDP材料

PDP是指所有利用气体（稀有惰性气体）放电而发光的平板显示器件的总称，PDP用材料主要有玻璃基板、电极材料、介质材料、荧光材料等。PDP的发展方向是尺寸向中大尺寸扩展，如42英寸。目前在PDP材料供应上，供应商以日本为主，韩国为辅，国内已有不少研究单位和企业已开始了部分彩色PDP材料的研制和生产。

玻璃基板主用于保护显示器主要发光单体，构成像素所需的空间，并且作为显示器的支撑物。PDP玻璃基板的厚度以3mm、0.7mm为主。主要采用浮法工艺制作的钠钙玻璃和耐高温、加工变形小、应变点高的专用玻璃基板。玻璃基板主要生产厂商有旭硝子、Central硝子、日本板硝子、美国康宁等。美国康宁公司和法国Saint-Gobain公司也合作开发出CS25玻璃基板，它的应变点温度高达610℃。

电极材料主要包括透明电极和总线电极。到目前为止ITO仍是透明电极主要材料， ITO的成膜一般都由LCD产业的成膜厂家及玻璃厂家完成。总线电极要求导电性能好且与玻璃基板匹配，材料有Cr-Cu-Cr薄膜、Ag浆料、光敏Ag浆料，主要是Du Pont Fodel，日本太阳油墨和日本Toray的产品。电极材料的研究重点是低阻值、热稳定性好、工艺简单、成本低。

透明介质层材料要求有较高的耐压值，主要由含铅低熔点玻璃粉、树脂粘结剂、溶剂等组成。目前市场呈垄断局面，日本电气硝子和旭硝子占有绝对优势。

荧光粉是一种粉末头结晶的物质，由基质和激活剂组成，普遍使用的是：红 （Y,Gd）BO3:Eu，绿 Zn2SiO4:Mn，蓝 BaMgAl14O23:Eu。目前所用的荧光粉，特别是Mn2+和BaAl12O19：Mn2+都存在着余辉过长的缺陷，这将影响图像的质量，若采用稀土发光材料将可能有根本的改善。荧光材料主要供货商也是日本厂商，首先是化成Optonix，其次为日亚化学工业与根本特殊化学。

? 光纤、光缆材料

光纤光缆在过去的20年里发展十分迅速，1980年前后，全世界只有2-3家光纤厂。2001年初发展到60多家。2002-2003年间因市场萧条，全世界光纤厂数量已经减到46家 。目前，排名前七位的企业包括：康宁、古河+OFS、藤仓、住友、阿尔卡特、皮瑞利、DRAKA（德拉克，含长飞）。2002年总产量为4670万公里，占全球年总产量的80%左右。

光纤光缆的发展趋势为：

芯棒方面：目前国际上生产芯棒的工艺有多种途径，但是，就其主要特点而言，管内法更适于生产折射率分布比较精细复杂的产品，例如梯度多模光纤和非零色散位移光纤；而外沉积法在生产常规单模光纤方面更易于发挥高沉积速率的优势，同时具有彻底除去OH的技术优势，有利于制造正在兴起的低水峰光纤。预计今后将有更多厂家采用外沉积工艺（OVD/VAD）。

外包层工艺方面：套管法的主要限制因素是合成石英管的价格高。只要合成石英管的价格降得足够低，这种方法简单实用（不需投巨资购买设备和技术、不需处理废气、工时短）。等离子体喷涂技术的主要限制因素在于产品不是全合成的，用天然石英原料，自然资源有限，其优势是成本较低。溶胶-凝胶法正在发展中，尚未产业化。目前，SOOT工艺所生产的光纤在市场份额上已占绝对的优势，因其成本较低、设备和技术已经成熟，应用将日益广泛。

发展大直径长拉丝光纤预制棒已成为降低成本的有效方法。大直径长拉丝预制棒可以减少多根预制棒的头尾损耗，减少工艺运输和安装等非必要生产工时，增加连续生产时间，提高原材料利用率。进一步开发高生产效率、低成本的预制棒技术的方向，很可能是发展复式设备和技术，实现在一台设备上同时制造多根大预制棒的设备和技术。

国外在研制、开发大预制棒制造技术的同时，也开发了与大预制棒相适应的高速拉丝设备和技术。目前，大部分厂家的拉丝速度1200m/min，采用的预制棒直径约60-80mm，每根棒可拉光纤400-800km。拉丝塔的高度，也从20年前的5-6m增加到30米。国内已有厂家在常规生产中采用了1700m/min的高速度来拉直径140mm的预制棒。拉丝速度的提高，对拉丝塔、加热炉、直径控制技术、相应的涂覆材料与涂覆技术提出一系列更加严格的要求。预计今后几年内，2000m/min的高速度拉丝将投入商用。

? 激光晶体材料

国际上已经研制出来并实现激光振荡的激光晶体多达数百种，正在开发的有数十种。从事激光晶体开发生产的厂商超过60家，2002年产值约1亿美元，主要是美、日、俄罗斯等国家。1995～2002年世界商用固体激光器销售额平均年增长率20%。

在世界范围内掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）晶体，已发展成为应用最广泛的激光晶体。七十年代末和八十年代初，研制出一批室温工作高功率输出终端声子宽带可调谐激光晶体，其中最突出的是金绿宝石（Cr:BeAl2O4）和钛宝石（Ti:Al2O3）晶体，自此，固体可调谐激光技术真正进入实用化阶段。八十年代末和九十年代初，受泵浦用大功率半导体激光二极管（LD）技术和高功率固体激光器技术发展的带动，研制LD泵浦和高功率激光材料，获得了掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）和掺镱钇铝石榴石（Yb:YAG）等一批性能优良的LD泵浦和高功率激光晶体，极大推动了微片激光器和高功率激光器技术及应用的迅速发展。近十年来又有一批激光晶体新材料（如掺钕氟磷酸锶Nd:S-FAP）和新技术（如扩散键合技术）涌现，并且随着晶体生长方法和生长设备技术的进步，激光晶体的直径和尺寸不断增大，质量和性能不断提高，大大促进了激光晶体材料的产业化发展。

? 非线性晶体材料

就非线性光学晶体材料、器件及应用的整个领域科技水平来看，发达国家如美国、英国、日本等居于世界前列，包括从最初的原理的提出，新材料的探索，器件的开发，他们都处于领先地位。从产业化角度来看，在非线性晶体材料的生产上，日本、中国和俄罗斯、乌克兰、立陶宛等，占有重要的地位，美国和欧洲一些国家则主要侧重于非线性晶体器件及设备的制造。目前全世界的非线性光学晶体的销售额每年超过4亿美元，传统的非线性晶体的需求量仍在逐年增大，今后几年市场增长率在15～30%左右。

非线性光学元器件在调制开关与远程通讯、信息处理和娱乐等三个领域表现出了加速发展的趋势。



（3）新型元器件材料

? 电子陶瓷材料

电子陶瓷材料是制造各种陶瓷电容器（低压园片、直流高压、交流高压、半导体、MLCC等）的主体结构材料，各种陶瓷电容器广泛用于各类电子整机，对整机的小型化、高可靠、多功能化发挥极其重要的作用。随着表面贴装技术（SMT）中片式元器件用量的增幅日益上升，电子陶瓷材料要满足片式化、小型化、复合化、智能化以及微波高频大容量等方面的需求。国外介质陶瓷材料发展具有综合领先水平的是日本、美国等发达国家。日本在介质陶瓷材料领域中一直以全列化、产量最大、应用领域最广、综合性能最优，处在世界领先地位。在Ni、Cu贱金属电极MLCC电容器用介质瓷料的研究和生产，主要研究的介质陶瓷材料品种为Y5V、X7R，同时已开展无铅（Pb）、镉（Cd）等有害物质介质瓷料的研究和生产，并开展纳米基料研究和生产，用以添加在介质陶瓷材料。在制造MLCC多层陶瓷电容器中，实现层厚5～6um，提高单位体积比容和可靠性。介质陶瓷材料已实现了高性能和不含铅（Pb）、镉（Cd）等有害物的使用，美国的趋势是：一是进一步改善高压电容用介质瓷料的综合性能研究；二是改善MLCC产品用介质瓷料的性能；三是研究用贱金属Ni、Cu做电极，同时实现高可靠性的MLCC产品用介质瓷料；四是不断扩展介质陶瓷材料使用温度范围。X8R（工作温度范围为-55℃～155℃），X9R（工作温度范围为-55℃～185℃）等品种用以保证终端陶瓷电容器和MLCC的应用领域。工作目前国外多层陶瓷电容器的最新尺寸为0.6mm×0.3mm（即0603），并正向0402和0201发展。但目前此类产品的容量精度问题仍有待解决。同时为降低产品的生产成本，提高产品的质量，使用镍（Ni）电极代替价格昂贵的银-钯（Ag-Pa）电极已是大势所趋。抗还原烧结的电子陶瓷材料，配以低廉的镍电极所生产的多层陶瓷电容器正逐渐成为主流产品。

新一代微波介质陶瓷材料的研究开发主要围绕两大方向展开：一是追求超低损耗的极限；二是探索更高介电常数(>100乃至>150)的新材料体系。

热敏电阻陶瓷材料，国际上，美国VISHAY、德国EPCOS、日本村田、TDK、HDK（北陆）、ISHIZUKA(石冢)、SHIBAURA(芝浦)、MITSUBISHI（三菱）等公司的新型热敏功能陶瓷材料及器件的年总产值约占世界总量的60-80%，其产品虽然质量好，但价格太高。

国外热敏电阻器正在向高性能、高可靠、高精度、片式化和规模化方向发展。如消磁电路用PTC适应高亮度、大屏幕彩电、彩显需要，正向高电压、低电阻（2.2Ω）方向发展；马达启动用PTC正向长寿命(开关500000万次)方向发展，主要生产厂有日本村田、德国EPCOS、美国VISHAY等。片式热敏电阻器日本村田和日本三菱等已规模生产，片式NTC和 片式PTC最小尺寸已达0402、0201。浪涌电流抑制NTC，日本石塚年产近2亿只。

由于氮化铝的高热导率，与硅相匹配的热膨胀系数，无毒，密度较低，比强度高等优点，使其成为微电子工业中电路基板和封装的理想选择，因而发展迅速，商品化和实用化水平也较高。氮化铝基片已开始大量进入市场，日本京陶、德山曹达、东芝、德国Hochest、Starck，加拿大Sherritt、Alcan Aluminum，美国Carborundum、keramont Corporation、ART、Dow Chemical Company、法国的ESK Engeering Ceramics等公司都有商品化氮化铝粉料、基板和封装出售，日本德山曹达的氮化铝粉产量已达480吨/年，陶氏化学已具备了年产1000吨的生产能力，目前国际上商品化氮化铝基片的热导率一般为140-170W/m.K，最高达200W/m.K，基板尺寸一般为50×50mm2。日本在氮化铝的研究和制造方面一直处于领先地位，1983年就研制出热导率为95W/m.K的透明氮化铝陶瓷和260W/m.K的氮化铝基板，东芝公司已具备生产150×150mm2氮化铝基板的能力，日本的NEC、京陶和美国的Coors公司均可批量生产高性能的氮化铝陶瓷封装和模块，最近几年，日美为了占据氮化铝陶瓷的国际市场又制定了“日美联合研究和开发高性能的氮化铝陶瓷项目”开发计划，大力发展氮化铝陶瓷技术。由于氮化铝良好的综合性能使其在基板和封装领域获得了较快的发展，其平均市场增长率高达75%，成为目前市场增长率最快的陶瓷材料之一，而引起了人们的极大关注。

? 覆铜板材料（CCL）

美国、日本覆铜板的技术水平代表了国际上覆铜板的科技发展水平，主要有新型低介电常数覆铜板，积层法多层板用涂树脂铜箔，芳酰胺无纺布增强的半固化片，低线膨胀系数的封装基板用覆铜板，无卤化覆铜板，二层型无粘接剂挠性覆铜板，带载封装薄型连续法生产的FR-4等。日本开发并掌握了以上的所有技术而欧洲、美国也拥有以上技术，台湾拥有低介电常数各类覆铜板和无粘接剂挠性覆铜板的技术。

其发展趋势为：高耐热性或高玻璃化温度（Tg）；高尺寸稳定性或低热线膨胀系数；低介电常数或高介电常数的各种CCL；耐离子迁移性；介质层厚度的均匀性和平整度；无卤素CCL（不含卤素及锑化合物等对环境有影响的物质）；具有各种功能的特种覆铜板材料，如导热覆铜板及粘接片、平面电阻和平面电容材料等。

? 压电晶体材料

压电晶体材料有人造石英晶体、铌酸锂、钽酸锂晶体、金刚石等，压电晶体材料是制造声表面波器件、谐振器、振荡器等频率元件的关键材料。

欧、美、日等发达国家和地区生产的低频SAW器件在彩色电视机中的应用比例已由20世纪90年代中期的58%下降到现在的18%左右，其中相当大比例的产品已转移到通信产业，特别是移动电话（900MHz/1800MHz/1900MHz/2400MHz SAWF）上。压电薄膜（ZnO/Al2O3）制作的3GHz以下的高频率SAW器件已商品化，并已应用于光纤通信及卫星通信系统中。

压电晶体与薄膜材料有两个特别值得注意的发展方向：一是结构由晶体向薄膜方向发展，这对信息产业的通信领域高频化发展具有重要意义；二是功能向复合效应方向发展。固体微电子器件的3大领域--集成电路（IC）、声表面波器件（SAWD）及电荷耦合器件（CCD）有复合化的趋势，声电荷迁移器件ACT和压电半导体材料（如砷化镓）、锗酸铋、铌酸钾、金刚石薄膜等受到了广泛重视。

? 磁性材料

磁性材料在消费类家电产品和工业类整机领域具有广阔的应用前景：如各类电机、电源、开关均离不开磁性材料。专家分析，世界磁性材料将以15%的年增长率发展。

2002年全球的烧结NdFeB总产量已达到1.8万吨，其中中国的产量为1万吨，占全球的60%。日本日立金属公司是全球最大的烧结NdFeB生产企业，年生产能力为8000吨左右，日立金属公司美国工厂年生产能力不足500吨；信越化学和TDK为日本的另外两家烧结NdFeB生产企业。德国的VAC和芬兰的NEOREM两家公司，年生产能力为1200吨左右。粘结NdFeB最大的生产企业国外只有日本大同公司一家。其它的的粘结NdFeB的生产企业主要在中国。中国上海爱普生和成都银河的生产规模相当，仅次于日本大同公司。

其发展趋势为：获得新型强磁晶各向异性、高居里温度、高稳定性的稀土永磁材料，包括纳米晶及纳米复合材料；高磁性能的稀土永磁薄膜替代Co/Pt和Fe/Pt薄膜材料；纳米晶永磁材料理论磁能积达到125MGOe以上的纳米和非晶金属永磁材料；500oC以上的高温永磁材料。



2．国内发展状况分析

近年来，中国信息材料的科技和产业发展取得了很大进展。我国在无机非线性人工晶体方面研究水平一直保持国际领先地位；在氮化镓基器件的基础材料和器件技术以及关键装备方面取得集群性突破；研制出具有自主知识产权的、性能指标达到国际先进水平的金属内电极多层陶瓷电容器；设计、制备了一系列新型有机复合和有机分子信息存储薄膜，成功地实现了超高密度的信息存储；光纤预制棒制造核心技术的研制取得重大突破；二维电子气材料、应变自组装量子点材料及量子点激光器的研究、III族锑化物材料与器件等方面处于国际先进水平；在大晶格失配材料体系的柔性衬底材料、大功率半导体量子阱激光材料和器件、激光光纤模块、超高亮度黄光橙光发光管材料等方面都取得了具有自己知识产权的成果。

2003年，我国在光控弯曲材料的研究方面取得了突破性进展，在世界上首次利用合成的新型高分子液晶薄膜材料，实现了通过光能驱动控制该材料薄膜沿着任意方向进行反复地卷曲；成功“拉”出了一条具有我国自主知识产权的12英寸掺氮硅单晶；在多孔硅的研究中取得重要进展，获得稳定的、肉眼可见的蓝光发射；研制成功大尺寸优质蓝宝石晶体，生长方法、装置、晶体退火工艺等均拥有自主知识产权，衬底基片尺寸和质量达到国际先进水平；研制成功电子浆料及厚膜电路制品，其性能达到国外同类产品的先进水平；研制成功新型半绝缘磷化铟（磷化铟）晶片，它的出现对于改善和提高磷化铟基微电子器件的性能具有重要的意义；启动国家半导体照明工程，有50多家企业和研发机构得到了“十五”科技攻关的立项支持，上海、厦门、大连和南昌已经启动国家级半导体照明产业化基地的建设，60多名海外留学人员回国创业，一批新企业应运而生。



（1）微电子材料

? 硅基材料

我国半导体材料行业经过四十多年发展已取得相当大的进展，先后研制和生产了4英寸、5英寸、6英寸、8英寸和12英寸硅片。2003年国内从事硅单晶材料研究生产的企业约有35家，从业人员约3700人，主要研究和生产单位有北京有研硅股、杭州海纳半导体材料公司、宁波立立电子公司、洛阳单晶硅厂、万向硅峰电子材料公司、上海晶华电子材料公司、峨眉半导体材料厂、河北宁晋半导体材料公司等。估计2003年国内硅单晶产量会将达1000吨左右，销售额突破11亿元。平均年增长率为27.5%，预计2005年我国硅单晶产量可达1400吨左右。

目前从事外延片研究生产的主要单位有信息产业部13所、55所、浙大海纳、华晶外延厂等近10家，但是由于技术、体制、资金等种种原因，我国硅材料企业的技术水平要比发达国家落后约10年，硅外延状况也基本如此。目前国内硅外延片产品规格主要是4英寸、5英寸、6英寸硅外延片，还没有大批量生产，8英寸硅外延尚属空白。

? SOI材料

国内从事SOI（主要是SIMOX圆片技术）研究的科研单位约4、5家，上海新傲科技有限公司引进了大束流氧离子注入机，先进的超高温退火炉、清洗和表征设备以及高级别的10级工作区，生产线已于2002年7月全面调试验收，进行了4～6英寸SOI材料的研究生产销售，并正在研究生产8英寸SOI。北师大辐射中心也是从事SOI材料技术多年的研究单位，采用国产设备和SIMOX技术，在4英寸、6英寸SOI材料工艺方面，取得了一定的进展。

? SiGe/Si外延材料

目前国内有4～5家单位从事锗硅材料和器件的研究，清华微电子研究所已具有年产锗硅外延片1万片左右的能力，该所还研制了SiGe/Si真空外延设备。

? 砷化镓单晶材料

我国从上世纪60年代初开始研制砷化镓，近年来，随着中科稼英半导体有限公司、北京圣科佳电子有限公司相继成立，我国的化合物半导体产业迈上新台阶，走向更快的发展道路。中科镓英公司成功拉制出我国第一根6.4公斤5英寸LEC法大直径砷化镓单晶；信息产业部46所生长出我国第一根6英寸砷化镓单晶，单晶重12kg，并已连续生长出6根6英寸砷化镓单晶；西安理工大在高压单晶炉上称重单元技术研发方面取得了突破性的进展。



? 宽禁带材料

在氮化镓基材料方面，中科院半导体所在国内最早开展了氮化镓基微电子材料的研究工作，取得了一些具有国内领先水平、国际先进水平的研究成果，可小批量提供AlGaN/GaN HEM结构材料，一些单位采用该种材料研制出了AlGaN/GaN HEM相关器件。如：中科院微电子所研制出具有国内领先水平的AlGaN/GaN HEM器件；信息产业部13所研制出了AlGaN/GaN HEMT器件。

由于碳化硅衬底上材料十分昂贵，目前国内氮化镓基高温半导体材料和器件的研究主要在蓝宝石衬底上进行，由于蓝宝石与氮化镓材料的晶格失配大、热导率低，因此，材料和器件性能均受到很大限制。

在碳化硅材料方面，到目前为止，2英寸、3英寸的碳化硅衬底及外延材料已经商品化。目前研究的重点主要是4英寸碳化硅衬底的制备技术以及大面积、低位错密度的碳化硅外延技术。目前国内进行碳化硅单晶的研制单位有中科院物理所、中科院上海硅酸盐研究所、山东大学、信息产业部46所等，进行碳化硅外延生长的单位有中科院半导体所、中国科技大学以及西安电子科大。



（2）光电子材料

? LED材料

国内从事LED产业的单位超过400家，从业人员超过5万人，其中技术人员超过5000人，2002年LED产量超过150亿只，产值超过80亿元。2003年LED产量预计约200亿只，产值接近100亿元，其中超高亮度LED有几十亿只，近几年LED年均增长超过30％，其中超高亮度LED的年增长率超过50％。科技部半导体照明工程的实施将大大推动我国LED技术和产业的发展。台湾地区的一些光电企业，经过多年的研发和产业发展，成为世界第二大LED生产地区。

? LCD材料

我国液晶材料的研究工作始于1969年。1987年开始正式生产液晶材料，打破了西方国家的技术垄断。2002年我国石家庄实力克、清华亚王等四家液晶材料企业共出售26.5吨液晶（含单体和混合液晶），销售额1.77亿元，同比分别增长39.6％和18.07％。目前我国液晶材料还只有中低档的TN、STN型，高档材料只停留在实验室，还不能生产显示器件用基片玻璃。中国大陆有ITO导电玻璃生产线约40条，年生产能力超过500万片，在低、中档方面生产数量位居世界第一，已成为世界上ITO导电玻璃的主要生产国。

? PDP材料

我国从事PDP技术研究的单位主要有信息产业部电子50所、东南大学、西安交通大学、深圳大学、西安电子科技大学、浙江大学、彩虹集团公司、TCL王牌、上广电、赛格集团公司、中原显示技术有限公司等，以及一些材料和设备研究单位。开展了21英寸、42英寸PDP的样机研制和新型槽型全彩色PDP样机研制，申请PDP中国发明专利和PCT国际发明专利10多项。北京、上海、南京、苏州、深圳等城市都已将高清晰度数字平板显示技术列为未来十年规划中的重点产业发展方向，将PDP显示技术列为主攻目标，计划在五至八年内建成几条PDP大规模生产线，各种材料正在研发和产业化进程中。

? 光纤、光缆材料

自1997年以来，我国光纤年需求量一直占全世界光纤年需求量的10%左右，仅次于美国和日本。近几年来，由于北美、西欧、日本经济衰退，中国的光纤市场份额有所增加，占全世界光纤年需求量的13%以上，预计今后几年，我国光通信产业仍将以15%-20%的速度发展，近期内有望成为世界光纤的需求与生产大国。

? 激光晶体材料

经过四十余年的努力，特别近二十年的发展，我国在激光晶体材料领域取得了举世瞩目的成绩。Nd:YAG等一批晶体产品已形成批量生产能力，产品的质量达到或接近国际先进水平，许多国家重点工程使用的材料靠自已研制，打破了外国封锁和禁运。

当前我国激光晶体材料科研和生产单位有十五、六家，主要有华北光电所、西南技术物理所、上海光机所、福建物构所、北京物理所、山东大学、北京人工晶体研究院、吉林激光材料厂以及依托这些所厂成立的公司等。已经开发生产的激光晶体材料主要有：钕钇铝石榴石（Nd:YAG）、钕铝酸钇（Nd:YAP）、钕铈钇铝石榴石（Nd:Ce:YAG）、钕铈铬钇铝石榴石（Nd:Ce:Cr:YAG）、钬铬铥钇铝石榴石（Ho:Cr:Tm:YAG）、铒钇铝石榴石（Er:YAG）、铬蓝宝石（Cr:Al2O3）、钕钒酸钇（Nd:YVO4）、钕氟化钇锂（Nd:YLF）、钬铒铥氟化钇锂（Ho:Er:Tm:YLF）、钛蓝宝石（Ti:Al2O3）、铬铝酸铍（Cr:BeAl2O4），正在研究、开发的激光晶体有：镱钇铝石榴石（Yb:YAG）、钕钆镓石榴石（Nd:GGG）、钕氟磷酸锶（Nd:S-FAP）、镱氟磷酸锶（Yb:S-FAP）、钕钒酸钆（Nd:GdVO4）、铬氟铝锶锂（Cr:LiSAF）、铬氟铝钙锂（Cr:LiCAF）、钬铥氟化钇锂（Ho:Tm:YLF）、钬铥钇铝石榴石（Ho:Tm:YAG）等。

在开发生产的晶体中生产规模最大、产值最高、生产单位最多的是Nd:YAG晶体，全国有十余家单位70余台单晶炉生产，年产值超过4000万元，产品除满足国内市场需求外，还有出口。华北光电所生产规模和提拉法生长晶坯尺寸最大，生产晶体单晶炉30余台，最大晶坯尺寸直径80mm，等径长度200mm，质量达到国际先进水平。其次是Nd:YVO4晶体，5家生产，年产值超过2000万元，产品出口。高效率低阈值Nd:Ce:YAG、Nd:Ce:Cr:YAG晶体生产有一定规模，全国有三、四家生产，可满足国内无水冷或风冷灯泵激光器件应用需求。Ti:Al2O3、Nd:YLF、Cr:BeAl2O4等晶体由于产业化能力较差，目前还不能完全满足国内军民用激光器的需求。

我国激光晶体材料发展趋势基本保持与国际上发展趋势相一致，放在首位的高功率激光晶体以大尺寸高质量Nd:YAG为发展重点，Nd:GGG、Nd:S-FAP等晶体正在积极开发。LD泵浦激光晶体Nd:YVO4、Nd:YLF大力发展生产，Nd:GdVO4、Yb:YAG、Yb:S-FAP晶体加紧开发。可调谐和新波长晶体Ti:Al2O3、Ho:Cr:Tm:YAG发展生产，Cr:LiSAF、Cr:LiCAF、Ho:Tm:YLF、Ho:Tm:YAG晶体积极研发，此外还有一批可调谐、新波段、新功能激光晶体材料正在研究之中。

? 非线性晶体材料

我国在非线性光学晶体研究方面一直保持着国际领先地位，受到世界瞩目。我国在非线性晶体领域最主要的成就是发明了掺镁铌酸锂晶体，通过掺杂使得铌酸锂（LiNbO3）的抗损伤阈值提高两个数量级以上，大大开拓了铌酸锂晶体的应用领域；实现了熔剂法KTP晶体的产业化，使KTP晶体在全世界得到普及应用，促进了激光技术的发展；在硼酸盐系列中发现并研制了一系列性能优异的紫外非线性光学晶体，开创了紫外激光倍频的新纪元，使得人类不断向固体紫外激光的极限推进。



（3）新型元器件材料

? 电子陶瓷材料

我国研发介质陶瓷材料的单位已有上百家，国家“863”计划中设立了介质陶瓷材料的研究课题，采取了科研院所、大专院校与工厂联合开发的复合性科技队伍，通过近年来的不断努力，已取得了具有一批国际先进水平的科研成果，并具有独立自主的知识产权。我国介质陶瓷材料年生产各种介质陶瓷材料1800余吨，其中不少类别瓷料如风华高科匹配贱金属电极X7R瓷料，成都宏科Y5UAC-732、1CH-200，昆山长风的2F4-153瓷料在综合性能上可与国外同品种媲美，个别电性能和工艺性还可以超过国外同品种，具有较好的市场前景。

在其它电子陶瓷材料方面，国内微波介质陶瓷材料及器件的生产企业在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较大差距。热敏电阻器生产企业约有40余家，科研机构有10余所。我国在氮化铝陶瓷的研究和开发方面起步较晚，与国外相比相差甚远，主要表现在产品质量差、规模小、档次低等方面。

? 覆铜板材料（CCL）

我国现有覆铜板生产企业70余家，产能估计可达近亿平方米。据统计，2002年全国CCL总产量达到8390万平方米，产品技术多属于中低档，附加值低，利润较小。

? 压电晶体材料

我国已成为世界石英晶体材料的生产大国，2002年我国石英晶体产量达到约2000吨，据不完全统计，现从事石英晶体材料厂家约70家，产品档次、生产技术、经济效益等方面与发达国家有较大差距，还不能适应我国信息产业快速发展的需要。

? 磁性材料

我国钕铁硼材料产业迅猛发展，自1996至2000年，我国烧结钕铁硼年产量增长了1.5倍，年均递增速度达20%，5年累计销售总额达66亿元人民币，出口创汇5亿美元。目前年生产能力达1000吨以上的有3家：中科三环、韵声强磁和山西恒磁。浙江宁波地区、京津地区和山西省形成了中国钕铁硼三大基地，产量占全国产量的90%以上。目前，中科三环、北京京磁、清华银纳、宁波韵声和安泰科技都有自己的专利产品。国内稀土永磁材料的产量发展很快，但主要应用在低档产品上。预计“十一五”期间我国永磁铁氧体生产能力将达到21万吨，软磁铁氧体将达到9.4万吨，稀土永磁材料将达到1万吨，形成了浙江横店永磁铁氧体、海宁软磁铁氧体、宁波钕铁硼等三大磁性材料生产基地的格局。

3．需求分析

我国目前主要信息材料的生产能力及未来需求预测见表2-1。

表2-1  我国主要信息材料需求量

材料类别 单位 目前生产能力 2010年需求量

多晶硅 吨／年 100 约3000

单晶硅 吨／年 近1000（太阳能单晶占约65%） 约1600

硅抛光片（4英寸、5英寸） 万片／年 约1300 约1300

硅抛光片（6英寸、8英寸） 万片／年 约500 约1500

硅外延片（4英寸、5英寸） 万片／年 300 约400

硅外延片（6英寸、8英寸） 万片／年 约600（含少量12英寸）

4-6英寸砷化镓单晶片 万片／年 10 30

普亮砷化镓外延材料 平方万寸/年 20 90

红外AlGaAs外延材料 平方万寸/年 10 90

红橙黄AlGaInP外延材料 平方万寸/年 10 250

兰绿紫光等AlGaInN 平方万寸/年 60 约400

磷化铟单晶 千克/年 300 400

2英寸-3英寸兰宝石片 万片/年 3 约70（近4亿元）

高纯试剂 吨/年 5000 101660

光刻胶 吨/年 150 约260

环氧模塑料 吨/年 15000 50000～70000

键合金丝 千克／年 4000 约7000

引线框架铜带 吨／年 5000 40000～50000

Nd：YAG激光晶体 万元／年 6000 1000～2000

液晶材料 吨/年 TN/STN 30 约50

吨／年 TFT用液晶材料进口 250（全球TFT用液晶材料）  

TFT-LCD基板玻璃 万平方米/年 国内不能生产 6954（2007年全球）

POP-LCD基板玻璃 万平方米／年 国内不能生产 约7500

LCD-ITO导电玻璃 万片/年 14英寸*14英寸大于500 约400

PDP-ITO导电玻璃 万片/年 约400

光纤材料 万公里/年 3480 约1200

光纤预制棒 万公里/年 1900 约1300

四氯化硅 吨／年 200 约2200

四氯化锗 吨／年 10 约30

光纤涂料 吨／年 300 约1200

高性能永磁铁氧体 吨／年 2 约70000

高性能软磁铁氧体 吨／年 约1 约30000

高性能稀土永磁材料 吨／年 0.4 约10000

热敏元件瓷料 吨/年 2000 约5900

微波介质陶瓷 吨/年 500 约1000

人造石英晶体 吨／年 1760 约2000

铌酸锂钽酸锂晶体材料 吨／年 约60 约100

覆铜板材 吨／年 210000 约620000 返回小木虫查看更多