半导体材料创新突破，原子制造引领未来
中国大尺寸硅外延片下线，全球半导体材料竞争格局生变
新闻中心
2025-12-03 10:40:25
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半导体材料领域迎来多项突破，中国首枚12英寸硅外延片下线，宽禁带半导体与原子级制造技术加速发展，全球供应链格局深度调整。
01 中国大尺寸硅外延材料突破，奠定芯片制造新基础半导体产业核心在于材料，材料尺寸直接决定芯片成本与性能。2025年12月初，中国电科材料下属国盛公司宣布，其大尺寸硅外延产业化项目首枚12英寸硅外延产品正式下线，标志着我国在半导体关键材料领域取得重要突破 。12英寸硅片是当前市场主导产品，能在单一晶圆上生产更多芯片，显著降低单位成本。这一突破使中国正式进入“大尺寸、全系列、高品质”的外延材料供应新阶段，有效减轻对进口材料的依赖，提升供应链安全性 。外延片作为半导体器件的关键基础材料，其质量直接决定最终芯片的性能与可靠性。此次突破为我国半导体产业自主可控提供了重要支撑，为“中国芯”的跳动奠定了更坚实的基础 。随着5G通信、新能源汽车、人工智能等新兴技术蓬勃发展，对高端芯片的需求呈现爆发式增长。中国半导体产业正在材料、设备、设计等各个环节寻求突破，构筑自主可控的产业链 。02 宽禁带与第三代半导体进展，推动产业应用多元化
宽禁带半导体作为下一代芯片与电力电子技术的核心支撑，正引领全球科技产业变革 。2025年11月25日，在郑州举办的宽禁带半导体材料专场活动聚焦了这一领域的最新进展。金刚石半导体材料成为焦点，其凭借极高热导率、击穿场强及优异载流子迁移率，被誉为“终极半导体材料” 。然而，大尺寸高质量单晶金刚石的制备与高效可控掺杂技术仍面临全球性瓶颈，严重制约其产业潜力释放 。在济南，半导体产业创新成果显著。天岳先进获得国际半导体金奖，山东力冠自主研发的首款12英寸立式炉设备成功面市，为解决半导体制造关键环节的“卡脖子”难题提供了国产方案 。镕铭微电子自主研发的云数据中心级视频AI处理芯片，荣获“中国芯”优秀技术创新产品奖。该公司正以其在视频处理芯片领域的持续创新，向世界展示着“中国芯”的力量与速度 。03 原子级制造前沿探索，颠覆传统制造范式
全球精准制造的竞争已从微纳米尺度迈向原子尺度，未来硅基芯片的发展水平将取决于大规模原子制造技术水平 。原子级制造是将原子精准操控、按需构筑，创制特定功能的材料或器件，有望颠覆传统制造范式 。在苏州纳米技术与纳米仿生研究所，NANO-X纳米真空互联实验站建设了长达227米的银色超高真空管道，互联50余台大型设备。这里是地球上最接近月球真空环境的大型科研场所，为原子级制造提供了不可或缺的基础条件 。“传统常规超净间的大气环境已无法满足需求，特别是氧、碳、水气分子等对原子级材料和器件性能带来致命的不利影响。”苏州纳米所研究员张珽表示，在超高真空条件下，材料的本征物理化学性质得以长时间保持，有望制造出接近理论极限性能的器件 。二维半导体材料是开发2030年“后摩尔时代”芯片最受瞩目的材料体系之一 。复旦大学物理学系教授张远波指出：“二维材料及器件有高载流子迁移率、丰富电学性能等特点，在1纳米的条件下仍能正常工作，有望突破传统半导体器件的极限。”04 材料供应链安全挑战，推动全球布局调整
半导体材料供应链正从全球化分工转向区域化自主，地缘政治因素加剧了这一趋势 。各国将材料纳入国家安全考量，中国实施出口管制（镓、锗、铟、钨），美国推进封矿与储备计划 。关键材料短缺状况严峻：镓中国占全球储量68%，出口管制后欧洲价格涨40%；铟因AI光模块需求而短缺，全球需求200万片，国内产能仅15万片/年；锗价格创14年新高；中国占80%的钨产能，出口管制后钨价翻倍 。2025年12月1日，默克宣布在中国台湾省高雄市的半导体科技旗舰园区正式落成启用。该园区占地约15万平方米，五年内投入5亿欧元，主要生产下一代逻辑、存储与AI芯片所需的薄膜科技、特殊气体与配方材料等关键材料 。默克集团董事长李俊隆预估，2024至2030年全球半导体材料市场年复合成长率可望突破20%，其中HBM可能超过30%。“AI带动的成长远大于过去任何阶段，台湾在这波变革中绝对是关键角色。”TSMC宣布将于2027年前逐步退出GaN-on-Si（氮化镓硅基）代工服务，这一举措将重塑全球功率半导体代工和供应链版图。GlobalFoundries有望填补这一市场空缺，并借机扩大其功率半导体业务 。05 未来展望：材料创新驱动半导体产业变革
AI与先进制造融合。中国科学技术大学教授罗毅指出：“AI机器化学家系统可为原子级制造提供数据比特驱动的解决方案。”要构建“知识-数据-算法-算力-实验”全链路的智能基础设施，推动原子级制造向智能化制造转型 封装与后端环节重要性上升。随着AI、大模型和高性能计算持续发力，传统依赖制程升级的逻辑正在弱化。先进封装以及封装/封测/材料/封装设备的重要性持续上升，正在成为决定芯片竞争力的新关键 。可持续发展成为核心议题。默克高雄园区符合LEED黄金级绿建筑标准，采用再生能源、雨水回收与节能设计，并以2030年达成RE80（80%再生能源使用）为内部目标 。半导体材料的创新不再是单一点的突破，而是贯穿从原子级制造到全球供应链布局的全链条革命。中国半导体材料产业正从追赶到并跑，在部分领域实现领跑，为全球半导体产业格局注入新的变数 。
