在人工智能熱潮之下，與之相關(guān)的上游企業(yè)也跟著火了一把。美國當(dāng)?shù)貢r間2月23日至2月27日，美股AXTI累計漲幅超過135%，累計漲幅在同期美股個股中名列第五。2月28日，該股出現(xiàn)調(diào)整，當(dāng)天下跌10.24%，最新總市值為2.1億美元。

據(jù)悉，AXTI連同其子公司是一家化合物及單元素半導(dǎo)體基板開發(fā)商和生產(chǎn)商。公司產(chǎn)品包括砷化鎵基板，磷化銦基板和鍺基板。公司使用垂直向量凍結(jié)技術(shù)生產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品，其主要生產(chǎn)業(yè)務(wù)位于中國。

在此之前，AXTI公布超出市場預(yù)期的2023年四季度財報，公司第四季度實(shí)現(xiàn)營收2040萬美元，環(huán)比增長17.2%，同比下滑23.9%，超出外界預(yù)期的1760萬美元。

在財報發(fā)布之際，AXTI公司首席執(zhí)行官M(fèi)orris Young給出樂觀展望。他表示：“我們相信，現(xiàn)在開始看到市場復(fù)蘇……雖然整體需求環(huán)境仍然有些疲軟，但我們看到AI等領(lǐng)域的磷化銦訂單在增加。”

Morris Young認(rèn)為，AI是磷化銦的一個新興應(yīng)用，未來幾年將會有令人振奮的發(fā)展。目前，AI相關(guān)應(yīng)用主要使用砷化鎵VCSEL，所需的基底材料相對較少。但是，隨著行業(yè)發(fā)展到800G和1.6T的速度，預(yù)計有必要過渡到磷化銦。AI推升了帶寬增加、低衰減和低失真的大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸需求。相信銦磷化物作為快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴哑脚_，需求有望隨之增長。


磷化銦在光模塊領(lǐng)域大有可為

據(jù)悉，磷化銦屬于第二代III-V族化合物半導(dǎo)體，是僅次于硅之外最成熟的半導(dǎo)體材料之一。磷化銦被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)射頻器件、光模塊、LED（Mini LED及Micro LED）、激光器、探測器、傳感器、太空太陽能電池等器件，在5G通信、數(shù)據(jù)中心、新一代顯示、人工智能、無人駕駛、可穿戴設(shè)備、航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。

磷化銦作為半導(dǎo)體材料具有優(yōu)良特性。使用磷化銦襯底制造的半導(dǎo)體器件，具備飽和電子漂移速度高、發(fā)光波長適宜光纖低損通信、抗輻射能力強(qiáng)、導(dǎo)熱性好、光電轉(zhuǎn)換效率高、禁帶寬度較高等特性，因此磷化銦襯底可被廣泛應(yīng)用于制造光模塊器件、傳感器件、高端射頻器件等。當(dāng)下，5G通信、數(shù)據(jù)中心等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，驅(qū)動磷化銦下游光模塊器件、高端射頻器件等需求迅增，為磷化銦需求擴(kuò)增提供了支撐。

光大證券發(fā)布的研報顯示，2022年~2025年銦在半導(dǎo)體市場（用作磷化銦襯底）用量的增幅接近50%。天風(fēng)證券研報表示，AI算力提升浪潮下，金屬材料產(chǎn)業(yè)鏈迎來發(fā)展新機(jī)遇。其中，在數(shù)據(jù)傳輸層面，磷化銦襯底可被廣泛應(yīng)用于制造光模塊器件，在5G通信、數(shù)據(jù)中心等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展及AI算力提升的拉動下，有望蓬勃發(fā)展。


磷化銦制備的幾種方法

（1）磷化銦多晶的合成技術(shù)

銦的熔點(diǎn)為1070℃，在此溫度下，磷化銦材料有很高的離解壓，熔點(diǎn)下的離解壓為 2.75MPa，根據(jù) Antoine 飽和蒸汽壓與和溫度之間的函數(shù)關(guān)系公式lgP = A-B/( T+C) 計算，在此條件下，磷蒸汽壓已超過了10MPa，遠(yuǎn)大于磷化銦的離解壓，所以將磷和銦直接在單晶爐內(nèi)合成磷化銦單晶是非常困難的，所以一般是將高純銦和高純磷通過多晶合成，合成磷化 銦多晶料，然后再用磷化銦多晶料進(jìn)行磷化銦單晶生長。

用高壓單晶爐制備磷化銦單晶是最主要的方法，并用摻等電子雜質(zhì)的方法降低晶體的位錯密度。而氣相外延，多采用In-PCl3-H2系統(tǒng)的歧化法，在該工藝中用銦(99.9999%)和三氯化磷（99.999%）之間的反應(yīng)來生長磷化銦層。


（2）溶質(zhì)擴(kuò)散法

溶質(zhì)擴(kuò)散法( SSD) 是最早用于磷化銦多晶合成方法，是 在 900℃ ～ 1000℃ 通過磷蒸汽在銦的熔體中擴(kuò)散，然后反應(yīng) 生成磷化銦多晶的方法。由于其生長溫度低，可減少晶體中 Si 雜質(zhì)對磷化銦多晶體的玷污，提高了晶體的純度，有效提 高晶體的載流子濃度，載流子濃度可以達(dá)到 1014cm-3 的水平。但是與其他方法相比，多晶一次合成量少，合成速度慢，從而 導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，無法滿足工業(yè)批量生產(chǎn)的需要，目前基本已被淘汰。


（3）原位直接合成法

原位直接合成法包括: 磷蒸汽注入法；液態(tài)磷液封法；高壓直接合成法。原位直接合成的一種方法是在同一坩堝中放置銦和磷，然后在坩堝頂部蓋一個加熱罩。當(dāng)對此區(qū)域加熱到一定溫度后，坩堝中的磷先變成磷蒸汽，然后磷蒸汽加熱分解到這個壁后溫度降低，形成液態(tài)的磷。當(dāng)達(dá)到一定量的時候，液態(tài)的磷滴到銦熔體中并與銦熔體進(jìn)行瞬間反應(yīng)，直到全部的銦熔體跟液態(tài)的磷合成轉(zhuǎn)化為磷化銦熔體。但是，坩堝中固態(tài)紅磷加熱后固液轉(zhuǎn)化過程中，會有大量的磷揮發(fā)，從而導(dǎo)致很難使用石英觀察窗進(jìn)行晶體生長的觀察。隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)采用了 X 射線掃描技術(shù)，來觀察籽晶接觸和生長情況。雖說解決了晶體生長的監(jiān)控，但 是這種方法會造成較多磷的浪費(fèi)，也會將紅磷轉(zhuǎn)化為白磷，白磷劇毒，燃點(diǎn)較低容易自燃，所以工藝成本過大，危險性也較高。


（4）VNG法

VNG方法是制備磷化銦的一張重要方法，其相較其他方法而言VGF法的先進(jìn)之處如下：第一，在單晶直徑上，目前HB法生長的單晶直徑最大一般是3英寸，LEC 法生長的單晶直徑最大可以到12英寸，但是使用LEC法生長單晶晶體設(shè)備投入成本高，且生長的晶體不均勻且位錯密度大。目前VGF法和VB法生長的單晶直徑最大可達(dá)8英寸，生長的晶體較為均勻且位錯密度較低；第二，在單晶質(zhì)量上，相較其他方法VGF法生長的晶體位錯密度低且生產(chǎn)效率穩(wěn)定；第三，在生產(chǎn)成本上，HB法的成本最低，LEC法的成本最高，VB法和VGF法生產(chǎn)的產(chǎn)品性能類似，但是VGF法取消了機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，能以更低成本穩(wěn)定生產(chǎn)單晶。

通過以上制備之后，磷化銦的工業(yè)化制備流程還包括化合物半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中的通識部分，比如拉晶、滾圓、切割、研磨、蝕刻、拋光、清洗等工藝；半導(dǎo)體外延片生產(chǎn)過程主要為在拋光片的基礎(chǔ)上進(jìn)行外延生長等等。從磷化銦材料到磷化銦器件以及終端應(yīng)用，還包括襯底——器件——終端應(yīng)用這樣一個流程。

其他光芯片產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)遇

目前主要光芯片采用磷化銦、砷化鎵、鈮酸鋰等材料制備，光芯片基座為鎢銅合金材料制備，相關(guān)材料將迎來新的成長機(jī)遇。


砷化鎵：VCSEL 激光器芯片襯底材料

砷化鎵襯底具有優(yōu)良的特性，廣泛應(yīng)用于光電子和微電子領(lǐng)域。砷化鎵是砷與鎵的化合物，屬于 III-V 族化合物半導(dǎo)體材料，使用砷化鎵襯底制造的半導(dǎo)體器件，具備高功率密度、低能耗、抗高溫、高發(fā)光效率、抗輻射、高擊穿電壓等特性，因此砷化鎵襯底被廣泛用于生產(chǎn) LED、射頻器件、激光器等器件產(chǎn)品。

砷化鎵襯底的應(yīng)用可以分為三個階段：第一階段自 20 世紀(jì) 60 年代起，砷化鎵襯底開始應(yīng)用于LED 及太陽能電池，并在隨后 30 年里主要應(yīng)用于航天領(lǐng)域；第二階段自 20 世紀(jì)90 年代起，隨著移動設(shè)備的普及，砷化鎵襯底開始用于生產(chǎn)移動設(shè)備的射頻器件中；第三階段自 2010 年起，隨著 LED 以及智能手機(jī)的普及，砷化鎵襯底進(jìn)入了規(guī)模化應(yīng)用階段，2017 年 iPhoneX 首次引入了 VCSEL 激光器（垂直腔面發(fā)射激光器）用于面容識別，生產(chǎn) VCSEL 需要使用砷化鎵襯底，砷化鎵襯底應(yīng)用場景再次拓寬到消費(fèi)電子市場。

砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈上游為砷化鎵晶體生長、襯底和外延片生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)。襯底是外延層半導(dǎo)體材料生長的基礎(chǔ)，在芯片中起到承載和固定的關(guān)鍵作用。生產(chǎn)砷化鎵襯底的原材料包括金屬鎵、砷等，由于自然界不存在天然的砷化鎵單晶，需要通過人工合成制備；砷化鎵襯底生產(chǎn)設(shè)備主要涉及晶體生長爐、研磨機(jī)、拋光機(jī)、切割機(jī)、檢測與測試設(shè)備等。砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用主要涉及 5G 通信、新一代顯示（Mini LED、Micro LED）、無人駕駛、人工智能、可穿戴設(shè)備等多個領(lǐng)域。

受益于下游市場需求不斷拓寬，砷化鎵襯底市場規(guī)模有望持續(xù)增長。20 世紀(jì)90 年代以來，砷化鎵技術(shù)得以迅速發(fā)展，并逐漸成為最成熟的半導(dǎo)體材料之一，但長期以來，由于下游應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展滯后，市場需求有限，砷化鎵襯底市場規(guī)模相對較小。2019 年后，在 5G 通信、新一代顯示（MiniLED、MicroLED）、無人駕駛、人工智能、可穿戴設(shè)備等新興市場需求的帶動下，未來砷化鎵襯底市場規(guī)模將逐步擴(kuò)大。

根據(jù) Yole 預(yù)測，激光器是砷化鎵襯底未來五年最大的應(yīng)用增長點(diǎn)之一。預(yù)計到 2025 年，全球激光器砷化鎵襯底（折合二英寸）的市場銷量將從2019 年的 106.2 萬片增長至 330.3 萬片，年復(fù)合增長率為 20.82%；預(yù)計到 2025年，全球激光器砷化鎵襯底市場容量將達(dá)到 6100 萬美元，年復(fù)合增長率為 16.82%。


鈮酸鋰：電光調(diào)制器重要材料

鈮酸鋰晶體的壓電性能、光電效應(yīng)十分優(yōu)異，是重要的無機(jī)材料。鈮酸鋰是一種無機(jī)物，化學(xué)式為 LiNbO3，是一種負(fù)性晶體、鐵電晶體，經(jīng)過極化處理的鈮酸鋰晶體具有壓電、鐵電、光電、非線性光學(xué)、熱電等多性能的材料，同時具有光折變效應(yīng)。鈮酸鋰晶體是用途最廣泛的新型無機(jī)材料之一，它是很好的壓電換能材料，鐵電材料，電光材料，在聲學(xué)濾波器中和光通訊中都有重要應(yīng)用。

鈮酸鋰材料產(chǎn)業(yè)鏈包括上游晶體生長、中游制造加工和下游應(yīng)用。上游材料端，首先通過氧化鈮制備鈮酸鋰單晶，然后通過提拉法生長鈮酸鋰晶體，也可以通過離子切片等方法制備鈮酸鋰單晶薄膜；中游制造加工主要是鈮酸鋰調(diào)制器芯片及器件制造，包括體材料鈮酸鋰調(diào)制器和薄膜鈮酸鋰調(diào)制器；下游主要應(yīng)用于光通信、光纖陀螺、超快激光器、有線電視等領(lǐng)域。

光信號調(diào)制是光模塊的必要功能，電光調(diào)制器包括內(nèi)調(diào)制和獨(dú)立調(diào)制兩種模式。光信號調(diào)制是光模塊的必要功能，通過將信號加載在光波上，實(shí)現(xiàn)了可靠高速的光通信，但是調(diào)制器不是光模塊中的必要器件，在短距離場景下，可以采用內(nèi)調(diào)整的方式替代獨(dú)立的調(diào)制器。內(nèi)調(diào)制或直接調(diào)制是直接控制激光器泵浦源，從而使激光的某些參量得到調(diào)制；獨(dú)立調(diào)制器進(jìn)行的外調(diào)制是指光輸出光源的振幅和頻率作為光載波經(jīng)過光調(diào)制器，光信號通過調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)振幅、頻率和光學(xué)載波的相位調(diào)整。在中長距光通信場景中，特別是相干通信中，獨(dú)立的調(diào)制器是必要器件。

目前行業(yè)內(nèi)的主流電光調(diào)制器有三種，其基底分別采用硅、磷化銦和鈮酸鋰材料，并且根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)不同，可適用于不同通信距離的應(yīng)用場景。比較來看，鈮酸鋰方案具有高帶寬、低插損、高可靠性、較高消光比、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。基于硅基的調(diào)制器期限速率約為 60-90Gbaud，基于磷化銦的調(diào)制器可達(dá)到130Gbaud，而基于鈮酸鋰的調(diào)制器可能超過 130Gbaud。受材料性質(zhì)所限，硅基方案存在插入損耗高、存在溫漂等問題，因而主要應(yīng)用在短距離；磷化銦方案主要是通過犧牲一定的參數(shù)從而在中短距離傳輸中替代鈮酸鋰。鈮酸鋰調(diào)制器在長途相干光傳輸和超高速數(shù)據(jù)中心的場景具備良好的競爭力，主要用在100Gbps 以上的長距骨干網(wǎng)相干通訊和單波 100/200Gbps 的超高速數(shù)據(jù)中心中。

隨著光通信系統(tǒng)的不斷升級和流量繼續(xù)快速攀升，當(dāng)前的高速通信系統(tǒng)對鈮酸鋰調(diào)制器產(chǎn)生了新的要求，包括更高調(diào)制速率以及小型化、集成化，薄膜鈮酸鋰調(diào)制器優(yōu)勢凸顯。傳統(tǒng)塊狀鈮酸鋰制作的體鈮酸鋰電光調(diào)制器，存在著一些技術(shù)上的局限性：其一體積大，無法滿足器件微納化的發(fā)展需求；其二性能難提升，無法適應(yīng)大容量通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。薄膜鈮酸鋰調(diào)制器相比于體鈮酸鋰調(diào)制器，既能解決傳統(tǒng)鈮酸鋰塊材料器件尺寸過大、不利于集成的問題，又能兼容成熟的硅基光子學(xué)工藝，與其它集成光子學(xué)器件實(shí)現(xiàn)片上集成，在光通信高速率發(fā)展背景下優(yōu)勢凸顯。

AI 產(chǎn)業(yè)化趨勢驅(qū)動光通信傳輸速率持續(xù)提升，打開鈮酸鋰調(diào)制器市場需求。鈮酸鋰調(diào)制器適合數(shù)據(jù)中心中高速傳輸應(yīng)用場景，有望受益于 AI 產(chǎn)業(yè)化所拉動的巨大算力基礎(chǔ)設(shè)施需求實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。同時薄膜鈮酸鋰調(diào)制器能實(shí)現(xiàn)更小尺寸的封裝，適應(yīng)于未來核心網(wǎng)絡(luò)端口密度不斷加大的需求，預(yù)計全球光模塊用鈮酸鋰調(diào)制器市場空間持續(xù)增長。據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021 年全球光模塊用鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約 3.37 億美元，預(yù)計到 2025 年將達(dá) 8.85 億美元。2021-2025 年CAGR 約 27.3%。

金屬基復(fù)合材料：光芯片基座重要材料

金屬基復(fù)合材料可以將金屬基體較高的熱導(dǎo)率和增強(qiáng)相材料較低的熱膨脹系數(shù)結(jié)合起來，通過改變增強(qiáng)相種類、體積分?jǐn)?shù)、排列方式或者復(fù)合材料的熱處理工藝，制備出熱物理性能與電子器件材料相匹配的封裝材料。

在集成電路中，封裝起著芯片保護(hù)、芯片支撐、芯片散熱、芯片絕緣以及芯片與外電路連接的作用，電子封裝材料的研究重點(diǎn)經(jīng)歷了金屬、陶瓷、塑料、復(fù)合材料的變化，微電子和半導(dǎo)體器件對封裝材料要求越來越高，加速了先進(jìn)金屬基復(fù)合材料的發(fā)展。金屬基電子封裝材料由基體和增強(qiáng)相兩部分組成，基體一般為金屬 (如鋁、銅、鎂)及其合金，增強(qiáng)相主要為碳(如碳纖維、金剛石、碳納米管)、陶瓷(如碳化硅、氮化鋁)及金屬(鎢、鉬)等。這些基體合金具有良好的導(dǎo)熱性能、可加工性能以及焊接性能，而增強(qiáng)相具有較好的熱膨脹性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、低密度以及與基體金屬較好的潤濕性，從而確保金屬基復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱物理性能和封裝性能。

鎢銅合金和鉬銅合金為目前應(yīng)用最廣泛的金屬基電子封裝材料，鋁碳化硅（SiC/AI）和鋁硅（Si/AI）合金復(fù)合材料為新興金屬基電子封裝材料，金剛石/銅復(fù)合材料有望成為下一代電子封裝材料。

光芯片基座是光模塊部件中重要的散熱部件，光模塊往高速率迭代驅(qū)動光芯片基座材料升級迭代。光模塊是 5G 承載網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和全光接入網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)構(gòu)成單元，它由光器件、功能電路和光接口組成，主要功能為完成光信號的光電、電光轉(zhuǎn)換，主要用于電信傳輸、數(shù)據(jù)中心和 5G 基站。

光模塊中有三大核心部件，光芯片、激光器和光棱鏡，此三大部件對光芯片基座載體材料的散熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)有著苛刻的要求。光模塊目前主要以 200G 以下為主，200G 及以下對于芯片基座材料的散熱要求不高，低膨脹高導(dǎo)熱的可伐合金( Kovar）可以滿足要求，400G以上光模塊芯片對散熱要求大幅提高，需要具有低膨脹更高導(dǎo)熱特性的新材料來滿足要求，不同成份的鎢銅合金可以滿足 400G、800G、1.6T 光模塊需求，大于1.6T 的光模塊需要更優(yōu)異性能的金剛石/銅復(fù)合材料才能滿足要求。用于光模塊芯片基座的鎢銅材料主要技術(shù)要求是超細(xì)鎢粉均勻彌散分布在銅相中，并且材料要求高潔凈度、高致密度，不允許有任何氣孔、夾雜、鎢顆粒團(tuán)聚，這些缺陷都會嚴(yán)重影響光模塊組件焊接和使用性能。

目前市場上普通的鎢銅材料無法滿足這些精細(xì)要求，而且良品率低。斯瑞新材采用 3D 打印骨架、真空熔滲定向凝固、微精密加工、自建專用鍍金線滿足了這一細(xì)分市場的特殊需求。在此基礎(chǔ)上，斯瑞新材正在研發(fā)低成本批量生產(chǎn)金剛石/銅復(fù)合材料工藝，為 1.6T 以上光模塊大批量應(yīng)用儲備能力，以支撐未來更高性能 GPU 的快速發(fā)展需求。