工业金刚石行业点评：美国将金刚石出口管制；培育钻石龙头有望切入新一代半导体材料领域

证券研究报告 | 行业点评 | 机械设备 http://www.stocke.com.cn 1/6 请务必阅读正文之后的免责条款部分 机械设备 报告日期：2022 年 08 月 13 日 美国将金刚石出口管制；培育钻石龙头有望切入新一代半导体材料领域 ——工业金刚石行业点评 投资要点  美国对氧化镓、金刚石为代表的超宽禁带半导体材料实施新的出口管制 8 月 12 日，美国商务部工业与安全局（BIS）在《联邦公报》披露将针对 EDA 软件、金刚石和氧化镓（Ga2O3）为代表的超宽禁带半导体材料等四项技术实施新的出口管制。宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）是生产复杂的微波、毫米波设备或大功率半导体器件的主要材料，氧化镓和金刚石材料能耐受更为极端的高压高温条件，在军事应用和制造更复杂器件方面的潜力优于氮化镓和碳化硅。 金刚石是最有应用前景的新一代半导体材料之一。其热导率和体材料迁移率在自然界中最高，在制作功率半导体器件领域应用潜力巨大。目前全球各国都在加紧金刚石在半导体领域的研制工作，其中，日本已成功研发超高纯 2 英寸金刚石晶圆量产方法，其存储能力相当于 10 亿张蓝光光盘。随着我国加快推动关键技术突破，功能金刚石材料将由实验室阶段向商业化转变，我们认为，人造金刚石不仅仅是培育钻石，有望切入下一代半导体材料领域。  需求：短期光伏+高端制造，长期半导体+军工，至 2025 年复合增速 18%-26% （1）高端制造、光伏、消费电子快速上量，预计至 2025 年需求复合增速 18%-26%：目前工业金刚石年市场需求约 45 亿元，其中建筑石材需求占比 50%（约 22亿元），光伏/高端制造/消费电子占比 28%（约 13 亿元），资源开采占 17%（约 8亿元），后期随“汽车+N”高端制造市场促超硬刀具/微钻需求上涨、“绿电”光伏大赛道促金刚线切割快速放量、蓝宝石衬底受益消费电子不断攀升，预计 2025 年工业金刚石需求 88-114 亿元，复合增速 18%-26%。 （2）未来半导体+军工功能性金刚石材料引领变革：CVD 法工业金刚石因耐高温、射频大、耐高压等多项优异性能，未来有望在半导体散热片、晶圆制造领域大幅放量、在军工导弹整流罩、红外光学窗口、防弹领域也有较大应用空间。如在半导体和国防领域规模推广，需求将上一大台阶。  供给：当前以高温高压法为主，CVD 法功能金刚石尚在研发阶段 （1）中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、豫金刚石供应我国超 73%高温高压法工业金刚石，前三家供应约 65%份额。综合考虑扩产计划，预计行业总产值至 2025 年达 103 亿元，复合增速 23%。因扩产速度有限，扩产受限+产能挤压+需求增加，现有市场供不应求可能导致价格进一步上涨，工业金刚石未来盈利能力有望进一步提升。 （2）CVD 法功能金刚石仍在研发阶段，中长期实现产业化后，有望在半导体、国防军工等高端应用领域打开成长空间。  投资建议：培育钻石龙头有望切入新一代半导体材料领域 （1）中兵红箭：全球培育钻石+工业金刚石双龙头，高温高压+CVD 并举，业绩弹性大；（2）四方达：CVD 法人造金刚石未来之星，与郑州大学合作研发金刚石光电功能器件；（3）黄河旋风：培育钻石+工业金刚石双龙头之一，定增计划已获受理，加紧研发 CVD 大单晶和第三代半导体的开发和推广，历史包袱逐步卸载，业绩反转向上；（4）力量钻石：行业新秀崛起，短期业绩增幅大；（5）国机精工：CVD 法人造金刚石技术储备多年，功能性金刚石核心技术引领者。  风险提示 竞争格局变化和盈利能力波动，CVD 功能金刚石研发进展不及预期 行业评级: 看好(维持) 分析师：王华君 执业证书号：S1230520080005 wanghuajun@stocke.com.cn 分析师：刘欣畅 执业证书号：S1230521110001 liuxinchang@stocke.com.cn 研究助理：王洁若 wangjieruo@stocke.com.cn 相关报告 【工业金刚石】深度：光伏领域需求旺，半导体、国防未来空间大 行业点评 http://www.stocke.com.cn 2/6 请务必阅读正文之后的免责条款部分 CVD 法人造金刚石：中长期半导体+军工应用广阔 CVD 法制备人造金刚石因其耐高压、大射频、低成本、耐高温等诸多优势，被普遍认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最优材料；CVD 法人造金刚石根据原子排列方式不同又分为多晶金刚石及单晶金刚石，其中多晶金刚石多用于半导体领域热沉材料的制造（散热片），单晶金刚石因其原子规则排列、一致性强等优势，有望在半导体衬底等多种领域大幅应用。 表 1：CVD 法制备单晶金刚石和多晶金刚石性能差异 单晶金刚石 多晶金刚石 原子顺序 原子有序排列 原子无序抱团，原子团有序排列 一致性 强 弱 光线折射 无差异，折射反射情况好 折射反射情况差 散热性 好 好 成本 高 低 透波率 强 弱 资料来源：超硬材料网，浙商证券研究所整理 单晶人造金刚石：第四代“终极半导体”晶圆制造：半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，目前第三代宽禁带材料主要为碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等，近 10 年世界各国陆续布局、产业化进程快速崛起；展望未来，CVD 法人造金刚石可通过晶圆拼接方式制作大面积单晶晶圆，作为半导体芯片衬底可完全解决散热问题及利用金刚石的多项超级优秀的物理化学性能，制造第四代“终极半导体”。 图1： 半导体三代材料发展历程，目前碳化硅、氮化镓为第三代半导体主要材料 资料来源：电子工程专辑，浙商证券研究所整理 半导体产业链：衬底为技术壁垒最高环节，价值量占比 40%-50%。半导体产业链由衬底、外延构成基础材料，通过芯片设计、制造、封测分装，最终应用于新能源、电子等诸多领域。其中衬底的制造是产业链技术壁垒最高、价值量最大环节，衬底材料选择将成为未来新一代半导体发展重要方向。 耐高压、大射频、低成本、耐高温，多重特性助推金刚石成下一代半导体材料：金刚石禁带宽度 5.5 eV 超现有氮化镓、碳化硅等，载流子迁移率也是硅材料的 3 倍，同时金刚行业点评 http://www.stocke.com.cn 3/6 请务必阅读正文之后的免责条款部分 石在室温下有极低的本征载流子浓度，且具备优异的耐高温属性。基于这些优异的性能参数，金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料。 图2： 各种半导体材料的物理特性，金刚石在耐高温、功率大、耐高压等方面具有显著优势 资料来源：《金刚石半导体器件的研究与展望》，浙商证券研究所 现阶段大尺寸单晶金刚石晶圆制备技术主要有同质外延生长、马赛克拼接以及异质外延生长等方法，通过高能粒子轰击、拼接生长以及其他衬底缓冲层生长等方式，实现单晶金刚石晶圆的大尺寸制备。 表 2：大尺寸单晶金刚石晶圆制备技术 技术名称 主要方式 发展现状 优点 缺点 同质