半导体行业深度报告：入空驭气奔如电，电子气体国产进程有望加速

报告出品方：东海证券

以下为报告原文节选

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1.电子特种气体行业概述

1.1.电子特气属于工业气体中高纯度细分市场

（1）18 世纪末空气分离技术开启了工业气体行业的发展，随着气体纯度与品质的需求不断提升，特种气体细分市场逐步形成。电子特气技术延续于工业气体的发展进步，18 世纪末，工业气体主要被应用于医用领域，后逐步应用于商业领域；20 世纪中期，分馏加工方法的发明和使用，大大降低了工业气体的生产成本，加速了工业气体的产业化进程；20 世纪末，电子产业高速发展，运用于集成电路、显示面板等电子设备的高品质、高纯度电子特气需求增大，从而诞生了特种气体行业。至今，随着电子信息等高新技术的迅速发展，特种气体规模不断扩张、技术壁垒不断提升。海外企业具备多年的技术、渠道、资源、人才的积累，在特种气体市场占据领先优势，近些年国内部分领先龙头企业实现了技术突破，打破了海外产品垄断，逐步在市场崭露头角。

（2）工业气体主要依据纯度不同可分为大宗气体和特种气体，而电子特种气体属于特种气体中对纯度要求更高的一类应用气体。大宗气体主要包括空分气体（氧、氮、氩等）以及合成气体（乙炔、二氧化碳等），此类气体一般对纯度要求在 4N（99.99%，一个 N 代表1 个 9）以下，主要用于冶金、化工、机械、电力、造船等传统领域。特种气体指在部分特定领域应用的气体产品，根据纯度和用途又可以细分为标准气体、高纯气体和电子特种气体。
特种气体纯度一般要求在 5N 以上，电子特种气体一般要求在 6N 以上。特种气体下游主要应用于集成电路、液晶面板、LED、光伏、生物医药、新能源等新兴产业。

（3）整个工业气体的产业链上下游较为相似，一般来说设备与原材料对气体公司的成本以及产品质量影响显著。如下图所示，整个工业气体产业链上游主要包括原料、设备、相关能源三个部分。其一，在原材料选择上，空分气体的原料主要为空气或者工业废气，成本较低；合成气体的原料主要为化学产品，成本较高。一般来说，特种气体的原料主要为外购的工业气体和化学原材料，成本相对较高。其二，设备主要分为气体生产设备、气体储存设备和气体运输设备。气体生产设备主要有空分设备和气体提纯设备，气体储存设备主要有钢瓶和储槽，气体运输设备主要有用液化气槽车和管道。生产、存储、运输设备决定了气体公司的品质与服务，很多电子特气企业与上游形成了长期、定制的合作关系，也是电子特气企业的核心壁垒之一。其三，工业气体生产过程中需要消耗大量的水电能源和燃油资源，相关成本占据气体生产公司的 1/3 左右。产业链的中游为大宗气体和特种气体的制造、运输和储存。中游根据空气的制备方式不同、应用领域不同、纯度不同等属性影响大致分为大宗气体和特种气体。其中的电子特种气体属于专注应用在集成电路、显示面板等电子产业的细分种类，占据电子特气的较大比例。产业链下游根据用气量规模和品种大致分为大宗客户和零售客户，大宗客户用气量大，一般来自于钢铁、冶金、有色金属、石油化工、煤化工、化肥等传统行业；零售客户有着小批量、多品种以及多频次的特点，一般应用于电子半导体、医药、面板、环保新能源、高端设备、光伏等领域。

1.2.纯度与混配精度是电子特气的两个关键指标

（1）电子气体是晶圆制造过程中占比第二大的半导体耗材，也被称为晶圆的“血液”。根据 SEMI 的数据，2020 年全球晶圆制造材料中，电子气体占比约为 13%，是占比仅次于硅片的半导体材料。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，依据《战略性新兴产业分类（2018）》在电子专用材料制造的重点产品分类，将电子气体分为了电子特种气体和电子大宗气体。

（2）电子特气是贯穿晶圆制造工艺流程的关键耗材，其中在刻蚀和掺杂中使用占比较高。细分至晶圆制造的整套工艺生产过程中，使用到的电子特种气体涉及上百种，核心工段涉及 40-50 种，贯穿外延，成膜，离子注入，掺杂、刻蚀、沉积等工艺流程。其中在刻蚀、掺杂、外延沉积以及光刻工艺中使用占比较高，分别为 36%、34%、24%和 18%。

（3）电子特气有纯度和混配精度两个核心指标，通过气体纯化和气体合成两项生产技术来满足要求。通常电子特气的纯度要求 5N 以上，晶圆制造环节中对电子特气的纯度要求更为严格，一般在 6N 以上；而混配精度是混配气体的核心参数，即精准控制不同气体的混配比额，行业内一般以 ppm（百万分之一，10-6）、ppb（十亿分之一，10-9）、ppt（万亿分之一，10-12）以及百分数来表示组分配比。随着集成电路制造工艺的迭代升级，线宽越来越窄，晶体管密度越来越高，对电子特气的纯度、稳定性等指标的要求也越来越高。

（4）特种气体的生产技术种类较多，相对来说合成技术与纯化技术是气体产品的纯度与混配精度的关键技术。特种气体行业的主要生产技术包括气体纯化、气体合成、空气分离、气体充装、气体混配、气体检测、钢瓶处理等。其中合成技术和纯化技术两个关键技术，保证了电子特气的纯度和洁净度。

（5）根据气体的特征不同，纯化与合成技术又有多种不同种类的制作方法。如下图所示，常见的气体纯化技术主要有吸附法、精馏法、吸收法、膜分离法等，气体合成技术主要分为电解法、化学法和电解化学法等。

1.3.电子特气的多重行业壁垒

（1）电子气体从生产技术角度来看是有着多壁垒的技术密集型行业。特种气体具有较高的技术壁垒、营销网络与服务壁垒、客户认证壁垒、资质壁垒和人才壁垒。
①技术壁垒：特种气体在生产过程中设计气体合成、纯化、混配、充装、检测、分离、气瓶处理等多项工艺技术，客户对纯度和精度等指标的高要求，对行业进入者形成了较高的技术壁垒。
②客户认证壁垒：因为特种气体的产品质量对下游产业产品质量影响巨大，集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆等高端领域客户对气体供应商的选择均需经过审厂、产品认证 2 轮严格的审核认证，其中光伏能源、光纤光缆领域的审核认证周期通常为 0.5-1 年，显示面板通常为 1-2 年，集成电路领域的审核认证周期长达 2-3 年。
③营销网络与服务壁垒：因客户对气体种类、响应速度、服务质量的高要求，气体公司需要投入大量人力物力进行铺点建设，不断扩大营销服务网络，并随着营销服务网络的完善不断促进市场开拓与客户挖掘。
④资质壁垒：因为工业气体属于危险化学品，资质获取作为工业气体行业生产经营的前置程序，资质审核过程严格，不仅需对企业的生产环境、工艺、设备等进行多次现场评估，还要求生产人员、管理人员均需通过相应测试并取得个人资质，严格的资质审核对行业新进入者形成了较高的资质壁垒。

（2）电子特气的运输与供气方式也是与下游客户关系绑定的重要特征之一，在晶圆厂建厂时打入客户供应链会占据较强粘性。电子特气分为零售供气与现场制气两种，零售供气又分为采用瓶装供气和储槽供气两种方式。特种气体的销售存在多品种、小批量、高频次的特点，因此对于特种气体，根据客户的需求多采用瓶装供气模式和储槽供气两种方式。瓶装供气模式会根据客户需求随时运送产品，因为特种气体单位价值较高，基本不受运输半径影响，客户更看重产品的质量以及配送交付的稳定性。储槽供气通过低温槽车运送至客户端，将低温液体产品储存在客户现场的储槽中，根据客户规模要求可自行气化使用，运输半径一般在 200km 左右，合同期在 3-5 年，相对于瓶装气模式更要求客户关系和配送能力。而现场制气一般是满足大规模用气的运输方式，只有规模较大的晶圆厂与电子特气企业才会建立这种周期长达 5-20 年的供气方式。现场制气又分为晶圆厂近端建设供气工厂、远程管道输送供气两种方式。

（3）TGCM 模式是针对半导体行业的一种专业化供气服务模式，对于国内气体公司而言尚处于探索阶段。TGCM 全称为 Total Gas and Chemical Management （全面气体及化学品运维管理服务），由于气体属于危险化学品，气体供应及运维服务需要较强的专业性和安全管控能力，而半导体厂商对气体质量和及时性的要求极高，因此大型半导体厂商通常将整套气体及化学品的运维管理服务外包给富有经验的专业气体公司，由气体公司承担其全套气体及危险化学品的调配、检测、库存管理及设备运维管理等服务。目前半导体领域的TGCM 服务绝大部分由世界排名前几位的大型气体公司承接，如林德集团、液化空气、空气化工、大阳日酸等，国内大部分公司目前处于起步阶段，未来还有很大成长空间。

2.国产企业逐步打破全球寡头垄断局面

2.1.中国电子特种气体需求高速增长

（1）全球工业气体行业逐年稳步增长，中国工业气体行业起步较晚，但复合增速快于全球 2pct 左右。根据亿渡数据的统计，2017 年全球工业气体市场规模为 7202 亿元，2021年增长至 9432 亿元，复合增长率为 6.97%，在工业稳定发展的背景下，预计到 2026 年市场规模将增长至 13299 亿元，2021 年到 2026 年复合增长率为 7.11%。中国工业气体行业尽管起步较晚，但在国家政策的大力推动下以及以电子特种气体为代表的半导体领域新需求增长，中国工业气体市场规模将保持高增长，预计到 2026 年中国工业气体市场规模将增长至 2842 亿元，2021 年到 2026 年复合增长率为 9.63%，未来中国工业气体市场发展空间巨大。

（2）大宗气体市场规模约占工业气体市场规模的 80%，在钢铁、石油化工等传统行业发挥重要作用，很多电子特气公司发家于大宗气体业务。中国大宗气体市场规模从 2017 年的 1036 亿元增长至 2021 年的 1456 亿元，年复合增长率为 8.89%。在下游钢铁、石油化工等行业需求稳定增长以及工业气体设备技术提升等供需两端的推动下，预计 2026 年中国大宗气体市场规模将达 2034 亿元。

（3）中国特种气体行业发展迅速，其中 63%约为电子特种气体，下游应用主要集中在电子半导体领域。根据亿渡数据，特种气体中电子特种气体占比约为 63%。2017 年到 2021年中国特种气体行业市场规模从 175 亿元增长至 342 亿元，年复合增长率为 18%，在电子半导体下游需求持续增长和国家政策的鼓励推动下，预计 2026 年中国特种气体行业的市场规模将增长至 808 亿元，2021 年到 2026 年复合增长率为 18.76%。

（4）在集成电路以及相关下游行业需求增长的带动下，全球电子特种气体市场规模呈现逐年稳步增长态势。根据 TECHCET 数据，2017 年全球电子特种气体市场规模约为 36.91亿美元，2021 年增长至 45.38 亿美元，2017 年到 2021 年的 CAGR 为 5.30%，预计 2025年市场规模将超过 60 亿美元，2021 年到 2025 年年复合增长率预计达到 7.33%。

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