半导体分立器件与集成电路是什么？

半导体分立器件自从20世纪50年代问世以来，曾为电子产品的发展发挥了重要的作用。现在，虽然集成电路已经广泛应用，并在不少场合取代了晶体管，但是应该相信，晶体管到任何时候都不会被全部废弃。因为晶体管有其自身的特点，还会在电子产品中发挥其他元器件所不能取代的作用，所以晶体管不仅不会被淘汰，而且还将有所发展。

1　半导体分立器件的命名

按照国家规定，国内半导体分立器件的命名由五部分组成，如表3-9所示。例如2AP9，“2”表示二极管，“A”表示N型锗材料，“P”表示普通管，“9”表示序号。又如3DG6，“3”表示三极管，“D”表示NPN硅材料，“G”表示高频小功率管，“6”是序号。

有些小功率晶体三极管是以四位数字来表示型号的，具体特性参数如表3-10所示。

近年来，国内生产半导体器件的各厂家纷纷引进外国的先进生产技术，购入原材料、生产工艺及全套工艺标准，或者直接购入器件管芯进行封装。因此，市场上多见的是按照国外产品型号命名的半导体器件，符合国家标准命名的器件反而买不到。在选用进口半导体器件时，应该仔细查阅有关资料，比较性能指标。

2　二极管

按照结构工艺不同，半导体二极管可以分为点接触型和面接触型。点接触型二极管PN结的接触面积小，结电容小，适用于高频电路，但允许通过的电流和承受的反向电压也比较小，所以适合在检波、变频等电路中工作；面接触型二极管PN结的接触面积较大，结电容比较大，不适合在高频电路中使用，但它可以通过较大的电流，多用于频率较低的整流电路。

表3-9　国产半导体分立器件的命名

注：fa为工作频率，Pc为工作功率。

表3-10　通用型小功率三极管

注：fT为工作频率。

半导体二极管可以用锗材料或硅材料制造。锗二极管的正向电阻很小，正向导通电压约为0.15～0.35V，但反向漏电流大，温度稳定性较差；硅二极管的反向漏电流比锗二极管小得多，缺点是需要较高的正向电压（0.5～0.7V）才能导通，只适用于信号较强的电路。

二极管应该按照极性接入电路，大部分情况下，应该使二极管的正极（或称阳极）接电路的高电位端，而稳压管的负极（或称阴极）要接电源的正极，其正极接电源的负极。

1）常用二极管的外形和符号

常用二极管的外形和符号如图3-16所示。

图3-16　常用二极管的符号

2）常用二极管的特性

常用的二极管的特性及用途在表3-11中列出。

表3-11　常用的二极管的特性及用途

3）二极管的识别与检测

二极管有多种封装形式，目前比较常用的有塑料封装和玻璃壳封装。老式的大功率、大电流的整流二极管仍采用金属封装，并且有装散热片的螺栓。玻璃封装的二极管可能是普通二极管或稳压二极管，在目测没有把握辨别的情况下，要依靠万用表或者专用设备来区分。因为玻璃封装的稳压二极管和普通二极管外形一样，不同的二极管在电路中起的作用是不同的，特别是稳压二极管，它的最大特点就是工作在反向连接状态。

（1）从标记识别。

①外壳上有二极管的符号，箭头的方向就是电流流动的方向，故箭头指的方向为负极。如图3-17所示，为二极管的单向导电性。

②封装成圆球形的，一般用色点表示的，色点处为阴极。封装成柱状的，靠近色环（通常为白色）的引线为负极。

（2）数字万用表检测。

用数字式万用表可以很方便地判断出二极管的极性，如图3-18所示，方法是：将数字万用表拨到二极管挡，将红表笔插入万用表的V/?插孔，黑表笔插入COM插孔，然后分别用两表笔接触二极管的两个电极，正反向交换表笔各测一次，在其中的一次测量中显示屏上具有600～750之间（硅管）或200～400之间（锗管）的读数，这时红表笔所接触的电极就是二极管的正极（即PN结的P端），黑表笔接触的电极就是负极（即PN结的N端）。

图3-17　二极管的单向导电性

图3-18　二极管的测量

发光二极管的测量与一般二极管测量类似，只是其正向电压在1.5～3V之间，工作电流在1mA左右。发光二极管工作时一定要接上限流电阻。

3　三极管

晶体三极管又称为双极型三极管（因有两种载流子同时参与导电而得名）。它是一种电流控制电流的半导体器件，可用来对微弱的信号进行放大和做无触点开关。

1）三极管的分类

（1）按材料分：三极管按材料不同可分为锗三极管（Ge管）和硅三极管（Si管）。

（2）按导电类型分：三极管按导电类型不同可分为PNP型和NPN型，分别用不同的符号表示电压极性与电流流动方向。锗管多为PNP型，硅管多为NPN型。

（3）按用途分：依工作频率不同分为高频（fT>3MHz）、低频（fT<3MHz）和开关三极管。依工作功率不同又可分为大功率（Pc>1W）、中功率（Pc在0.5～1W）、小功率（Pc<0.5W）三极管。

2）三极管的电路符号

常用三极管的电路符号如图3-19所示。

图3-19　常用三极管的电路符号

3）三极管的检测方法

（1）判断基极用数字万用表判断三极管基极的方法是：首先将数字万用表的转换开关置于二极管挡。红、黑表笔按正确的方法插到相应插孔（红表笔插V/Ω，黑表笔插COM）。记住：数字万用表的红表笔接内部电池的正极。然后用表笔分别触三极管的三个电极，总能找到其中一个电极对另外两个电极读数为0.5～0.8V（硅管）或0.15～0.35V（锗管），该电极就是基极。

（2）E、C极的判断。

一般万用表都具备测放大倍数的功能，先将万用表的功能开关选在hFE挡，将三极管按极性（PNP、NPN）插入测试孔中，这时可从表头刻度盘上直接读放大倍数值。然后将E极、C极对调一下，看表针偏转较大的那一次，插脚就是正确的，从万用表插孔旁标记即可判别出是发射极还是集电极。另外在测量基极时，也可以得到D、E的读数大于B、C的读数，虽然很接近，但总是有微小差别的。

数字式万用表测量三极管的方法，在第五节常用仪器仪表简介中“万用表的使用”一部分进行介绍。

4　集成电路

集成电路是继电子管、晶体管之后发展起来的又一类电子器件。它是利用半导体工艺或厚膜、薄膜工艺（或这些工艺的结合），将电阻、电容、二极管、三极管等元器件，按照设计电路的要求，共同制作在一块硅或绝缘基体上，成为具有特定功能的电路，然后封装而成。集成电路是最能体现电子工业日新月异、飞速发展的一类电子器件。集成电路种类繁多，要想熟悉各种集成电路几乎是不可能的，实际上也没必要，但要了解一些基本的集成电路。

1）集成电路的分类

集成电路按其结构和工艺方法的不同，可分为半导体集成电路、薄膜集成电路、厚膜集成电路和混合集成电路。其中发展最快、品种最多、应用最广的是半导体集成电路。

用平面工艺（氧化、光刻、扩散、外延工艺）在半导体晶片上制成的电路称为半导体集成电路（也称为单片集成电路）。

用厚膜工艺（真空蒸发、溅射）或薄膜工艺（丝网印刷、烧结）将电阻、电容等无源元件连接制作在同一片绝缘衬底上，再焊接上晶体管管芯，使其具有特定的功能，称作厚膜或薄膜集成电路。如果再装上单片集成电路，则成为混合集成电路。

2）集成电路的封装

集成电路的封装可分为：金属外壳、陶瓷外壳和塑料外壳三类。其中较常见的是用陶瓷和塑料封装的单列直插式和双列直插式两种。

金属封装的散热性能好，可靠性高，但安装使用不够方便，成本较高。这种封装形式常见于高精度集成电路或大功率器件。陶瓷封装的散热性差，体积小，成本低。塑料封装的最大特点是工艺简单、成本低，因而被广泛使用。

随着集成电路品种规格的增加和集成度的提高，电路的封装已经成为一个专业性很强的工艺技术领域。现在，国内外的集成电路封装名称逐渐趋于一致，不论是陶瓷材料的还是塑料材料的，均按照集成电路的引脚布置形式来区分，常见集成电路的封装形式如图3-20所示。

3）引脚

集成电路引脚排列顺序的标志一般有色点、凹槽、管键及封装时压出的圆形标志。对于双列直插集成块，引脚的识别方法是：将集成电路水平放置，引脚向下，标志在左边，左下角第一个引脚为1脚，然后逆时针方向数，依次为2，3，…，如图3-20所示。

图3-20　常见集成电路的封装

对于单列直插式集成电路也让引出脚朝下，标志朝左边，从左下角第一个引出脚到最后一个引出脚依次为1，2，3，…。

4）集成电路的使用常识

集成电路是一种结构复杂、功能多、体积小、价格贵、安装与拆卸麻烦的电气器件，在选购、检测和使用中应十分小心。

（1）使用前要搞清楚集成电路的功能、引脚功能、外形封装等。

（2）安装集成电路要注意方向，不同型号之间的互换应更加注意。

（3）对功率型集成电路要有足够的散热器，并尽量远离热源。

（4）切忌带电拔插集成电路。

（5）在手工焊接电子产品时，一般应该最后装配焊接集成电路，不得使用大于45W的电烙铁，每次焊接时间不得超过10s。

半导体材料是一种具有半导体特性的电子材料，可用于制造半导体器件和集成电路。常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等，硅是商业应用中最具影响力的材料，其下游应用非常广泛，包括集成电路、通信系统、光伏发电、人工智能等领域。半导体产业是科技创新的先驱，在世界经济发展中发挥着越来越重要的作用。半导体材料作为半导体工业的基石，对半导体工业的发展起着决定性的作用。近年来，为了促进我国半导体产业的发展，国家出台了一系列政策，推动我国半导体材料的国产化进程。

政府的政策扶持对半导体产业的发展起到了决定性的作用。半导体材料产业作为支撑半导体产业发展的上游产业，近年来受到国家一系列政策的扶持和鼓励。2020年8月4日，国务院出台了促进新时期集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策，从财税、投融资、IPO、研发等方面为半导体产业发展提供政策支持，进出口，有利于我国半导体材料产业的发展。当前，全球半导体产业正进入重大调整转型期，我国半导体产业也正迎来重要的战略机遇期和困难期。为促进我国半导体产业发展，国务院印发了《全国集成电路产业发展纲要》，对半导体产业发展作出如下规划。

成立国家集成电路产业投资基金（大基金），支持中国半导体产业发展。目前，大基金一期募集资金已投入，总规模1387亿元。有23家公共投资公司和29家非公共投资公司，共有约70个有效投资项目。重点投资IC芯片制造业，兼顾芯片设计、封装测试、设备材料等行业，实行市场化运作和专业化管理。目前，我国在芯片设计领域取得了许多突破，芯片设计水平居世界第二位。据中国半导体工业协会统计，2019年我国芯片设计行业销售额已突破3000亿元，占集成电路行业销售额的40.51%。然而，我国芯片制造能力仍然薄弱，大量芯片依赖进口。目前，我国芯片制造主要存在三大不足：核心原材料不能自给自足、芯片制造工艺仍薄弱、关键制造设备依赖进口。

与半导体市场的巨大规模相比，我们的产品自给率很低。根据CSIA公布的数据，2020年上半年，中国集成电路销售额达到3539亿元；然而，根据海关总署公布的数据，2020年上半年中国集成电路进口额达到1546.1亿美元，远高于国内集成电路销售额。由此可以看出，我国半导体国产化的空间巨大。

日本经济产业省在2019年7月1日宣布对韩国实行出口审查管制，将韩国自外汇出口贸易法令名单删除，并与2019年7月4日对出口韩国的OLED面板表层防护材料氟聚酰亚胺、半导体黄光制程关键材料光阻剂和刻蚀气体高纯度氟化氢等化学原料进行出口审查，一时间整个半导体市场炸了窝。此外有消息称韩国将从中国进口高纯度氟化氢等半导体材料，国内多氟多等相关公司股价一飞冲天。

除了氟聚酰亚胺和高纯氟化氢等外，另一种半导体材料溅射靶材也是必不可少的重要材料，江丰电子（300666.SZ）和阿石创（300706.SZ）、有研新材子公司有研亿金在溅射靶材领域已经颇具规模，在市场中也具有一定竞争优势，是半导体材料国产化中的重点企业。目前江丰电子和阿石创上半年业绩预告都已经披露，有研新材半年报业绩预告还不见踪迹，因此我们主要回顾下江丰电子和阿石创的业绩。

上半年业绩预告回顾

上市两个年头，江丰电子净利润减半

江丰电子业绩预告显示，公司2019年上半年归母净利润1598.59-1106.72万元，相比去年同期的2459.37万元，降幅35%-55%，业绩下降的原因主要是2019年实施了第一期股票期权激励计划，上半年摊销相关费用约为556.16万元，约占上年同期归母净利润的19.22%；报告期内随着公司产能和规模不断扩大、各项研发项目加大力度，导致报告期内研发费用、折旧等相关费用支出同比有所增加，再加上公司银行借款金额增加带来利息费用增加，以及预计公司今年1-6月份非经常性损益935万元，公司上半年业绩有较大幅度降低。

江丰电子的主营业务是高纯溅射靶材的研发、生产与销售，产品主要是各种高纯溅射靶材，包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等，主要用于集成电路、液晶面板、薄膜太阳能电池制造的物理气相沉积工艺即PVD，用于制备电子薄膜材料。

江丰电子是2017年6月上市的，上市之初公司净利润还有2000万元的规模，而上市刚满两个年头净利润就下滑至原来的一半，也显得不太正常。

售价下跌，阿石创利润跌破千万元

阿石创在业绩预告中提到，公司上半年归母净利润870-1250万元，相比去年同期的1919.88万元，归母净利润下降34.89%-54.68%，公司上半年业绩与江丰电子一样腰斩了。

阿石创在公告中提到，公司根据下游市场变化情况，不断优化产品销售结构，促使营收较上年同期相比稳定增长，但部分产品受到积极的销售政策影响导致销售单价下滑，同时由于优化产品结构所投入的高端大型设备产能未能完全释放导致折旧等固定成本增加，因此净利润较上年同期有所下降。

阿石创是一家专门从事各种PVD镀膜材料研发、生产与销售的企业，主要产品是溅射靶材和蒸镀材料，其中溅射靶材主要用于平板显示、光学光通讯、节能玻璃等行业，蒸镀材料主要用于LED、平板显示和半导体分立器件等领域，同时公司拟还加大力度，积极拓展半导体、光伏等行业。

阿石创2017年9月上市，比江丰电子晚了三个月，上市之初公司拟净利润3500万元左右，但倘若半年报披露后公司净利润真的降到800多万的话，公司的投资价值就要重估了。

什么是溅射靶材？

江丰电子、阿石创和另一家上市公司有研新材（600206.SH）子公司有研亿金均有溅射靶材这项业务，那么什么是溅射靶材，这三家公司的溅射靶材业务有什么区别，笔者下面做个简单介绍。

先说溅射靶材。溅射靶材主要应用在晶圆制造和先进封装过程中。以芯片制造为例，我们已经知道在芯片制造过程中有几大关键步骤：光刻、刻蚀、离子注入和抛光等，在抛光工艺CMP之后还有一个金属化的过程，溅射靶材就是在芯片金属化过程中，通过CVD设备使用高能粒子轰击靶材然后在硅片上形成特定功能的金属层，比如阻挡层和导电层。

溅射靶材产业链主要环节有金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用，其中靶材制造和溅射镀膜是关键环节，江丰电子给我们介绍了铝靶的制造过程如下（其他靶材制造过程类似）：

靶材的分类很多，按照应用领域分类，靶材可分为半导体用靶材、平板显示用靶材等不同类型，其性能一起也有较大差别：

智研咨询数据显示2016年全球溅射靶材市场规模达到113.6亿美元，其中平板显示、半导体、太阳能电池、记录媒体和其他用五大类型的靶材市场规模分别为38.1亿美元、11.9亿美元、23.4亿美元、33.5亿美元和6.7亿美元，平板显示市场容量占比达到33.54%，半导体市场占比仅有10%左右。相比于千亿美元级别的集成电路市场，溅射靶材的市场规模就小了很多，但其成长性较高，2016年智研咨询的数据显示，预计2016-2019年溅射靶材市场规模GAGR13%， 2019年达到160亿美元左右。

在集成电路用高纯金属靶材领域，江丰电子打破了美日跨国公司的垄断，填补了国内电子材料行业的空白，解决了从无到有的问题，但若要想在该行业内竞争，现有实力还是远远不够。毕竟在全球范围内，美国霍尼韦尔、普莱克斯、日本日矿金属、东曹、住友化学等无论是技术水平还是研发实力、资金实力等都是全球领先，也占据着全球溅射靶材市场绝大部分份额，2015年日本日矿金属在整个溅射靶材市场的份额高达55%，前五大厂商市场份额达到80%。实际上包括溅射靶材在内的半导体材料领域，中国占全球市场的比例2016年仅有2%左右，国产化率也仅有20%左右，还以中低端为主，在高端领域，国内企业想做的功课还很多。

在国内江丰电子还面临诸多国内企业的竞争。除了江丰电子，国内目前做溅射靶材的公司主要有有研新材和阿石创，其中有研新材子公司有研亿金生产半导体用溅射靶材，阿石创主要生产平板显示用溅射靶材，而江丰电子半导体溅射靶材和平板显示溅射靶材均有。

靶材三杰的比较

业务差异

招股书资料显示，江丰电子的靶材主要分为铝靶、钛靶（包括钛环）、钽靶（包括钽环）、钨钛靶，其中钛靶和钽靶主要用于半导体领域，铝靶和钨钛靶有一部分可用于太阳能电池领域，下游客户半导体领域江丰电子的产品进入台积电、格罗方德、中芯国际等一线半导体企业，太阳能用靶材的主要客户是SunPower：

阿石创是从事PVD镀膜材料的研发，目前该产品分为两大类：溅射靶材和蒸镀材料，其中溅射靶材主要是用于平面显示，按照原材质种类阿石创将溅射靶材分为以下三个种类，分类标准与江丰电子不同：

蒸镀材料是阿石创的另一大产品，按照材质公司也将蒸镀材料分为氧化物蒸镀材料等三大类，蒸镀材料主要用于光学元器件、LED、平板显示等：

在收入构成上，2018年阿石创主要的收入是PVD镀膜材料，占到公司营收的96.84%，其中溅射靶材收入占比77.93%，蒸镀材料收入占比18.91%。

客户群体上阿石创与江丰电子相比稍逊一些，招股书显示公司主要客户为北方光电、中电 科技 （南京）电子信息发展有限公司、湖北森浤光学有限公司和南玻集团和蓝思 科技 等，而江丰电子在平面显示领域的客户为京东方和华星光电。

有研新材的业务比江丰电子和阿石创更复杂，其主要业务是高纯金属及稀贵金属材料、高端稀土功能材料等，其全资子公司有研亿金从事的是溅射靶材及蒸发材料等微电子用薄膜材料，目前有研亿金的主要产品有以下几种：

其中在4-8寸芯片制造用靶材市场有研亿金市国内占率第一，在8-12寸先进封装行业用靶材市场公司同样市占率第一。在客户方面，有研新材的主要客户有日立材料、日本先进材料株式会社、优美科等，客户质地同样要好于阿石创。

营收规模有研亿金最高

既然说到了公司就不能不说营收规模。有研新材业务多，体量大，其营收规模也是三个公司中最大的，2018年有研新材、阿石创和江丰电子的营收分别为47.68亿元、2.56亿元和6.50亿元，营收规模阿石创最小。

有研亿金是有研新材体系中从事溅射靶材的主体，如果将有研亿金与阿石创和江丰电子对比，从营收规模上来看有研亿金还是最大的，2018年其营收规模达到17.01亿元，远高于阿石创和江丰电子：

从营收增速来看，阿石创、江丰电子和有研亿金2016年以来的营收增速是放缓的，这与过去几年整个半导体行业景气度下行相关。有研新材复杂的业务体系决定了，即便个别业务下降，但在其他业务增长之下，整体业务还是可以保持增长。

综合盈利能力江丰电子最稳定

笔者简单对照了下这几家公司的综合毛利率，发现江丰电子的综合毛利率一直维持在31%左右，其他公司毛利率近几年均有不同程度的下滑，这个可能与江丰电子优质的客户资源有关，毕竟其最主要的产品半导体溅射靶材已经进入台积电等供应链体系，平面显示溅射靶材的客户也是京东方这样的优质客户。但是ROE方面这三家公司都出现一定幅度的下降，尤其是江丰电子和阿石创，ROE下降幅度很大，这与公司成本费用控制能力、原材料价格波动等因素有关，鉴于时间太晚的缘故，笔者就不展开了，等这三家公司半年报正式发布了，再依次讨论：

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