电子材料是用于制造电子器件、集成电路、光电子设备、其他电子系统的关键功能材料，在半导体、显示技术、通信、能源存储与转换等领域具有广泛应用，也成为人工智能、物联网、先进传感、量子计算等前沿科技领域发展的关键支撑。关键电子材料技术的创新发展直接影响电子产业链的技术进步和市场竞争力，在国际科技竞争趋于激烈的背景下已经成为支撑国家战略性新兴产业发展的核心要素。

电子材料是用于制造电子器件、集成电路（IC）、光电子设备、其他电子系统的关键功能材料，其性能直接影响电子产品的功能和效率，在半导体、显示技术、通信、能源存储与转换等领域具有广泛应用。电子材料不仅是现代信息技术、通信技术、半导体制造、新能源、智能制造等高技术产业的基础，也是工业互联网、人工智能（AI）、物联网（IoT）、第六代移动通信（6G）、新能源汽车、先进传感、量子计算等前沿科技领域发展的关键支撑。关键电子材料技术的创新发展直接影响电子产业链的技术进步和市场竞争力，在国际科技竞争趋于激烈的背景下已经成为支撑国家战略性新兴产业发展的核心要素。系统研究并全面掌握关键电子材料的技术发展趋势、产业现状和未来战略，对提高我国电子产业的自主创新能力和国际竞争力，确保国家信息安全和经济安全具有重要意义。

数十年来，随着半导体产业的迅速发展，电子材料在全球范围内得到了广泛应用，从Si材料、GaAs材料到近年来受到高度关注的碳基材料、GaN材料等，新型电子材料的不断涌现为电子产业的持续创新提供了源动力。在信息技术、通信技术、新能源领域迅猛发展的背景下，IC、显示技术、光伏新能源、高端电容／电阻、通信产品等方面的电子材料需求不断增加，推动着相关产业的变革与创新。IC材料是电子产业的核心，支撑了半导体技术的发展，如美国半导体产业协会的报告显示，2023年全球半导体行业的总销售额为5268亿美元，其中IC电子材料的占比约为12.7%。主要用于液晶显示（LCD）、有机发光二极管（OLED）的显示技术材料，市场占比约为20%，在消费电子中不可或缺。光伏新能源材料支撑着可再生能源的规模壮大，未来的市场占有率可达15%。电容／电阻材料、通信技术材料的市场占比较小，但在特定领域中具有关键性，能够支持6G、电力电子应用的发展需求。

全球经济一体化深入发展，电子材料产业逐渐形成以美国、欧洲、日本、韩国、中国为主要力量的国际竞争格局。这些国家和地区具有雄厚的科研实力、完善的产业链布局，在关键电子材料技术领域占据着主要的市场份额，主导制定了产业技术标准。然而，在新一轮科技革命、产业变革兴起的背景下，全球电子材料产业面临着新挑战、出现了新机遇。新兴技术的迅猛发展对电子材料提出了更高要求，如推广6G需要具有更高频率、更低损耗的高性能电子材料，发展量子计算需要全新的材料体系来支撑量子比特的稳定性与可靠性，普及AI、IoT要求更加高效的能源存储与转换材料。与此同时，全球供应链的重塑使电子材料的安全供应上升为国际性的关注焦点，如地缘政治、贸易摩擦等因素影响了全球电子产业供应链的稳定性，驱动各国加强关键电子材料的自主研发和供应链安全管理。

面向上述背景，针对关键电子材料开展应用现状梳理与发展战略研究，明晰未来重点方向和发展路径，是保障我国科技安全和经济发展的重要任务。本文从全球视角出发，系统分析IC、显示技术、光伏新能源、高端电容／电阻、通信技术产业中关键电子材料技术的演进历程与未来趋势，深入探讨全球范围内关键电子材料技术研发和产业化方面的布局与策略；结合电子材料市场规模、发展前景、技术成熟度以及国家相关产业政策的重点布局，剖析关键电子材料领域的技术现状与发展瓶颈，辨识我国在全球电子材料产业中的既有优势与面临挑战，提出我国电子材料技术创新和产业发展的参考性建议。

半导体材料是制作半导体器件和IC的重要材料，在精度、纯度上有严格要求，属于电子级材料。随着半导体器件和IC产业的快速发展，半导体硅片、化学机械抛光（CMP）材料、IC制程用光刻胶、电子特气、湿电子化学品、第三代半导体材料等关键电子材料的重要性进一步提高，对提升IC性能、降低成本、优化生产效率及可靠性构成决定性的影响。国外在IC产业相关的关键电子材料方面取得了显著进展，集中在硅片、光刻胶、高纯气体、靶材、CMP材料等方向。例如，在硅片方面，信越化学工业株式会社、三菱住友株式会社等日本企业主导着国际市场，实现了12 in（1 in≈25.4 mm）硅片的规模化生产，正在研发18 in硅片技术；在电子特气方面，美国空气化工产品公司、法国液化空气集团、日本大阳日酸株式会社等占据了主导地位，可提供满足先进制程需求的超高纯度气体；在光刻胶领域，日本捷时雅公司、TOK株式会社，美国陶氏化学公司处于领先地位，极紫外（EUV）光刻胶已实现商业化应用，支持7 nm及以下制程；在CMP材料方面，美国卡伯特微电子公司、日本富士美公司在抛光液、抛光垫方面具有优势，支持了先进制程对晶圆更精密的抛光需求。整体上，国外企业在关键电子材料领域处于技术领先位置，推动了IC产业的快速发展，也使我国IC产业的关键电子材料发展面临挑战。

（一） 半导体Si材料

Si作为第一代半导体材料已具有成熟的制备工艺和基础设施，95%以上的半导体器件、99%以上的IC都由Si制成。Si的稳定性高，可在宽泛的温度范围内工作，具有良好的电子性能。在半导体领域，纯度在11N（99.999 999 999%）以上的Si才可称为电子级多晶硅，经由直拉法或区熔法处理以及滚磨、切片、抛光等工艺，得到光滑度、洁净度均符合要求的半导体硅片，进而用于芯片的制造。半导体硅片按照产品工艺分为抛光片、外延片、绝缘体上硅片，按照尺寸分为6 in及以下、8 in、12 in等，不同尺寸的硅片对应不同的制程与应用方向（见表1）。然而，Si的电子迁移率较低，在高性能应用中功耗较高且会产生大量的热量，需要复杂的冷却系统。目前，硅基IC技术已经接近物理极限，很难进一步缩小晶体管的尺寸，对制造更小、更快的芯片构成挑战。此外，在高频率应用中，Si的性能开始下降，难以匹配新一代无线通信、先进雷达系统等高频应用的要求。

表1 不同尺寸硅片的制程及应用方向

注：WIFI表示移动热点；CIS表示互补金属氧化物半导体图像传感器；LED表示发光二极管；MEMS表示微机电系统；MOSFET表示金属 ‒ 氧化物半导体场效应管；IGBT表示绝缘栅双极晶体管。   

三维芯片技术可在有限的空间内增加更多的晶体管数量，是硅芯片的重要发展趋势。将Si与SiGe、GaN等材料结合起来，可获得更高性能的芯片并适用于诸多应用方向。8~12 in硅片生产由日本信越化学工业株式会社、三菱住友株式会社，德国世创电子公司、中国台湾环球晶圆股份有限公司、韩国SK Siltron公司等厂商垄断，合计市场份额超过90%。上海硅产业集团股份有限公司具有8~12 in硅片量产能力，市场份额约为3%。整体上，Si在传统计算机芯片中的应用非常成熟，但在量子计算、神经网络加速器等新兴方向仍有较大的发展潜力，也将在全球半导体市场中将继续占据主要位置。

（二） 电子特气

电子特气是电子材料加工制备过程中使用的特种气体，也是纯度和质量稳定性要求最高的特种气体，主要用于半导体、显示面板、太阳能电池等方向（见表2）。半导体和微电子技术的发展对电子特气提出了更高要求，常见的高纯化技术有精馏、吸附、耦合分离等形式。常规的精馏技术可有效应用于CH₄、CH₃F、CH₂F₂、C₃H₉Al等电子气体的纯化过程，但对C₃H₆、C₄F₆、NF₃等含有挥发度相近或能形成共沸物杂质的电子气体的分离效果并不理想，因而需要采用萃取蒸馏、变压精馏、共沸精馏、吸附精馏等更为特殊的精馏技术才能实现有效的分离和纯化。

表2 电子特种气体占比前10位情况（2021年）

国内的超高纯度净化技术仍然依赖进口，自主技术水准（6N）与国际先进水平（8N~9N）有明显差距。国内的电子特气市场仍由外资企业主导且市场集中度偏高，如美国空气化工产品公司、德国林德集团、法国液化空气集团、日本大阳日酸株式会社4家企业的市场份额合计超过80%。例如，NF₃作为市场容量最大的电子特气类别之一，在IC、显示面板等领域均有广泛的应用，主要生产企业有韩国SK Material公司、韩国晓星株式会社、德国默克公司、日本关东电化工业株式会社等，国内的生产商有山东飞源气体有限公司、中船（邯郸）派瑞特种气体股份有限公司、昊华化工科技集团股份有限公司、江苏雅克科技股份有限公司等。

（三） 光刻胶

光刻胶又称光致抗蚀剂，具有光化学敏感性，可通过光化学反应和光刻工艺将所需的微细图形从掩模版转移到待加工基片上，广泛应用于光电信息产品中微细图形线路的加工制作，如印刷电路板、LCD、IC等。半导体光刻胶主要包括紫外宽谱光刻胶、g线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶、EUV光刻胶，从曝光光源波长的角度看经历了从紫外光源到深紫外光源再到EUV光源的发展过程（见表3）。在IC领域，光刻工艺较为重要，成本约占芯片制造总成本的35%，耗费时间约占芯片工艺总耗时的40%~60%；光刻胶是光刻工艺涉及的重要材料。

表3 半导体光刻胶适用的制程节点

随着纳米技术的发展以及智能手机、云计算、IoT、AI技术等的普及，市场对光刻胶的性能要求进一步提高。尤其是在EUV光刻技术方面，要求光刻胶能适应更短波长的光源，匹配IC线宽不断缩小、实现更高解析度和图案精度的发展趋势。在此背景下，多种非金属基、金属基EUV光刻材料得到研究报道，特别是金属氧簇型光刻材料受到广泛关注，有望为2 nm及以下技术节点提供关键材料支持。多金属簇核可提高EUV光子的吸收效率，但控制簇核数量在10个以内时才能缩小团簇尺寸，进而降低线宽粗糙度并优化光刻反应。也可利用不同金属之间的协同效应来提升光刻效果，即为混金属策略。金属与配体之间的配位方式将影响图案化性能。例如，Sn—C键比Sn—O键更易断裂，有利于形成交联网络；配位数的不同则会改变网络的紧密程度，进而影响材料的溶解度。此外，合适的功能有机配体修饰可显著提升材料的灵敏度、成膜性和分辨率。

（四） 湿电子化学品

湿电子化学品又称超净高纯试剂、工艺化学品，指主体成分纯度>99.99%、杂质离子和微粒数符合严格要求的化学试剂。湿电子化学品是微电子、光电子湿法工艺制程中使用的液体化工材料，主要用于IC、光伏面板、显示面板行业；其中，显示面板行业的需求量最高，IC行业的技术要求最高。湿电子化学品具有用途关键、厂商高度垄断、品种多样、行业高速增长等特点，按用途可分为通用湿电子化学品（超净高纯试剂）、功能湿电子化学品（见表4）。通用湿电子化学品指在IC、液晶显示器、太阳能电池、LED制造工艺中大量使用的液体化学品，如H₂O₂、HF、H₂SO₄、H₃PO₄、HCl、HNO₃等。功能湿电子化学品指通过复配方式达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品，包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。例如，超净高纯试剂在晶圆生产过程中的晶圆清洗，芯片制造光刻工艺中的刻蚀、显影、洗脱过程，芯片制造中的电镀液制造过程中均发挥了重要作用；IC内部各元件及连线相当微细，因而制造过程中如遭到尘粒、金属的污染很容易损坏晶片内的电路功能，导致IC失效并影响几何特征的形成；超净高纯试剂的纯度和洁净度对生产IC的电性能、成品率、可靠性均有显著影响。

表4 湿电子化学品产品分类情况

湿电子化学品发展历程悠久，可追溯到20世纪60年代。目前，国内从事湿化学品研究生产的企业超过40家。中国电子材料行业协会的数据表明，2022年全球湿电子化学品市场规模为639.1亿元，预计2025年的市场规模为825.2亿元，年复合增长率约为8.9%。在我国，针对湿电子化学品行业的支持力度较大，通过一系列政策鼓励行业高质量发展，如半导体级H₂SO₄等湿电子化学品列入了《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021年版）》，在政策导向上支持解决国内湿电子化学品相关企业规模小、投资不足、研发能力弱等问题。

（五） CMP材料

CMP是普通抛光技术的升级版本，主要由硅片夹持器、工作台、抛光液供给装置三部分组成；在工件表面进行化学反应，改变工件表面原有的化学键，产生能够去除表面杂质的反应膜，从而使硅片表面变得更加平坦，成为普遍性应用的半导体材料表面平整技术（见表5）。在IC制造过程中，采用CMP工艺对晶圆表面进行高精度打磨，可达到全局平整落差100~1000 A°（相当于原子级 10~100 nm）的超高平整度，以解决光刻对焦不准、电子迁移短路、线宽控制失效等问题。

表5 抛光液应用方向的发布情况

CMP材料主要包括抛光垫、抛光液，两者合计占据晶圆制造总成本的7%。国际半导体产业协会认为，抛光垫、抛光液价值量较高，分别占CMP材料成本的49%、33%，产品质量直接影响抛光效果，对提高晶圆制造质量至关重要。抛光材料还涉及抛光头、研磨盘、相关检测设备。抛光液、抛光垫的技术壁垒较高，如高品质的抛光液需要综合控制磨料硬度、粒径、形状、各成分质量浓度等要素，抛光垫更加侧重低缺陷率、长使用寿命。

随着先进半导体技术的发展，CMP工艺步骤大幅增加。2016—2021年，全球抛光垫、抛光液的市场规模分别从6.5亿美元、11亿美元增长至11.3亿美元、18.9亿美元。美国卡伯特微电子公司、日本日立化学工业公司、日本富士美公司在全球CMP抛光液市场中的合计占比超过50%。处于国内行业龙头地位的安集微电子科技（上海）股份有限公司，CMP抛光液产品的全球市场份额约为5%。湖北鼎龙控股股份有限公司是拥有自有产权并实现量产的CMP抛光垫厂商。

（六） 第三代半导体材料

半导体材料是半导体产业链上游的重要组成部分，在IC、分立器件等产品的制造过程中起到关键作用。Ge、InP分别作为第一代、第二代半导体材料的代表，在特定领域中展现出独特优势：前者具有高的迁移率，在射频器件、光电探测器中受到较多关注，在SiGe异质结晶体管、近红外探测器中应用广泛；后者具有高的电子迁移率和优异的光电性能，成为光通信、高频电子器件、量子计算器件的关键材料。随着新一代移动通信、IoT、量子技术的快速发展，Ge、InP在高频、高功率、光电产品上的应用更为深入。当前处于第一代、第二代、第三代半导体均在使用和发展的阶段。第三代半导体材料包括SiC、GaN、ZnO、Al₂O3等，禁带宽度≥2.3 eV，具有宽带隙、高热导率、高电场强度、高电子迁移率等特点，被视为超越传统硅基半导体技术的关键材料；SiC、GaN等第三代半导体材料适用于高温、高频率、高功率密度产品的应用场景，如电力电子、射频通信、光电子等方向。

近年来，得益于化学气相沉积（CVD）、分子束外延、GaN低缺陷生长等外延技术的进步，第三代半导体材料的晶体质量得到了显著提升。在器件方面，第三代半导体材料经成功应用于高电子迁移率晶体管、MOSFET、肖特基二极管等高性能产品。在制造工艺方面，第三代半导体材料的衬底技术取得了重要进展，具备了SiC、GaN衬底材料的大尺寸生产能力，可降低制造成本并提高材料的一致性和可靠性，在高效电源转换设备、无线通信产品、国防装备、照明与显示产品上应用广泛。

我国在半导体材料的生产与应用方面具有优势。随着“双碳”目标的推进，绿色、低碳、清洁能源等技术加速应用，第三代半导体材料作为实现高效电能转换技术的重要支撑将获得进一步发展。第三代半导体产业技术创新战略联盟的数据表明：2022年，我国第三代半导体功率电子、微波射频两个领域实现总产值141.7亿元，同比增长11.7%；2023年，我国SiC、GaN电力电子产值规模约为85.4亿元，GaN微波射频产值约为70亿元。