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对我市开发硅材料产业可行性分析
市科技局 蔡弥
一、硅材料产业的发展概况
硅元素在地壳中的含量达到25.8%，仅次于氧元素。它是大自然对人类慷慨赠与、取之不尽的最重要的半导体材料。半导体材料的生产过程可以简单描述为：
原料硅石 冶炼 制成金属硅（工业硅）
经卤化、还原、提纯
制作成多晶硅 经拉制 成单晶硅 经切片、磨片 制作出抛光片 经进一步加工 制作成半导体器件。多晶硅的另一个用途是太阳能。
如果说钢铁工业是传统工业的基础，那么硅材料业就是信息产业的基础。2000年，全球75亿美元的硅材料，支撑起了2500亿美元的半导体集成电路产业，进一步支撑起数以万亿美元的电子、计算机、通信等产业。
我国对硅材料的研究始于上世纪50年代，1957～1963年应为研究开发阶段。1957年，有色金属研究总院开展了对多晶硅制备工艺的研究；1958年，中科院半导体研究所和有色金属研究总院分别成功地研制出硅单晶。我国真正的‘硅起步’阶段应该是从1980开始的‘六五’阶段。自1985年以后，在“七五”、“八五”、“九五”期间，我国硅材料行业一直以“提高硅单晶的尺寸和质量”为主要目标，先后研制成功
了4英寸、5英寸、6英寸和8英寸硅片，“每个阶段的硅片尺寸都标志着一个进步”。目前，我国最有名的硅材料企业是有研硅股、浙大海纳、洛阳单晶硅公司上海晶华、峨嵋半导体材料厂。 2000年，我国单晶硅的年产量约300吨，约占全球总量的3%，
从国际上看，硅片工业目前在生产与市场方面的垄断已经形成，日本、德国等国资本控制的八大硅片公司的销量占硅片总销量的90%以上。其中信越、瓦克、SUMCO和MEMC四家的销售额占世界硅片销售额的70%以上。
近几年，我国的硅材料产业有较大的发展，新建设的硅材料企业有：
美国摩托罗拉公司独资在天津建设8英寸集成电路芯片制造厂；
上海张江高科技园区的上海宏力半导体公司
上海中芯国际集成电路制造有限公司
上海贝岭微电子制造有限公司
北方微电子基地八大处园区的北京华夏半导体股份有限公司
深圳市深超半导体有限公司投资
北京经济技术开发区的北京讯创集成电路股份有限公司
成都高新技术产业开发区的成都国腾通讯（集团）有限公司
绍兴科强半导体有限公司
河北宁晋单晶硅基地
目前，以年产1000吨硅材料（此规模为多晶硅生产的临界经济规模）项目进行招商的企业和开发区有：
海南洋浦经济开发区（多晶硅）
云南省电子工业总公司（多晶硅）
洛阳单晶硅有限责任公司 （单晶硅）
广西兴安县（单晶硅）
四川超磊实业（单晶硅）
唐山市冀东化工集团有限责任公司(多晶硅)
中国广西贺州地区广西星光企业集团公司年产1000吨高纯多晶硅
广州经济技术开发区建设开发总公司（多晶硅）
中国安徽安庆经济技术开发区管委会办公楼总投资1.5亿美元，年产1000吨高档单晶硅、多晶硅。
新丰县经济贸易局（多晶硅）
二、在我市建设多晶硅厂的优势、劣势分析
（一）市场分析
1975年全球多晶硅产量1700t，1985年上升为4500t，1995年虽已增至11500t，需求却高达13000t。2000年多晶硅国际市场需求量约达2.5万吨，总产量约23000t；我国2000年我国IC产量已超过40亿块，多晶硅需求800t，而产量仅300t，。国际市场需求量现在以每年10－12%的速度增长，按此增长速度预测，到2005年，全球需求将达37000t，2010年将达60000t，缺口超过万吨。
日本是亚洲最大的多晶硅生产国，1996年产量达到3880t，但国内仍然短缺，还需大量进口，多次在我国寻求货源。韩国、新加坡、马来西亚、台湾以及欧洲地区半导体行业的发展形势已显现新的多晶硅市场正在亚欧两洲和太平洋地区形成。权威机构的预测表明，在2010年以前，全世界多晶硅市场将继续保持供不应求的局面。巨大的需求市场，已经引起世界各国半导体商的注意，多晶硅的近期、远期的市场有相当稳定的保证。
2000年国际市场多晶硅价格约50-55美元/kg。
多晶硅是电子信息产业重要的基础原料，其生产又是利用优质矿产资源和丰富的电力资源进行的矿业深加工，生产多晶硅是高科技项目，同时又是高耗能项目。目前世界上最先进的技术，每生产1kg多晶硅耗电130kwh，电费占总成本的40%以上。世界上生产多晶硅的主要厂家只有不多的几家，都集中于美国、德国、日本和意大利少数几个发达国家，而它们的产量占世界多晶硅产量的90％以上，2000年产量仅在23000t左右。随着世界性石油资源的渐趋枯竭，能源危机使石油价格大幅度上涨，导至电价的上涨，多晶硅生产成本也相应大大增加，以上西方国家已经不愿继续在此类高耗能产业上继续加大投入，有向发展中国家转移的趋势。这对我市来讲是一个机遇，如果能抓住这个机遇，将使我市的产业结构调整跃上一个新的台阶，并为今后的发展拓出广阔空间。
（二）原材料分析。
多晶硅的主要原材料:
（1）金属硅 ，要求硅含量为99.9%以上，优质石英砂烧炼。生产1000t多晶硅约需金属硅1500t。
（2）氯化氢（ HCl一条龙）年需求量约为2300t。
（3）烧硷（NaOH）年需求量约为1000t。
（4）氢气（H2）每小时需300m3，
（5）辅料资源 氮气（N2）每小时需300m3，
上述原辅材料都可在我市就地采购或组织生产，构成了我市的一个优势，但不是明显优势，具备同等优势的地区不在少数。
（三）多晶硅的生产成本分析。
以云南省电子工业总公司合资建设年产1000t多晶硅（此规模为多晶硅生产的临界经济规模）工厂的可研资料为依据。
产品方案：其纯度为半导体纯，达到十一个九(杂质含量0.26-0.5ppb)。
采用技术：采用先进的三氯氢硅还原的"改良西门子法"进行生产。
项目总投资 9980 （万美元）
建设投资 8810（万美元）
年销售收入 5000（万美元）
年耗电量约为1.9亿kwh, 需增容30000kVA。
年生产成本 2959 （万美元）
材料费 533
其它材料费 241 （万美元）
燃料及动力 1268
工资及福利费 44
制造费用 872
折旧费用 685
其它制造费用 187
年销售费用 55
年管理费用 119
摊销费用 83
其它管理费用 36
年租赁费 15
年财务费用 444
年总成本 3592
投资利润率：18%
投资利税率：21%
投资内部收益率:20.5%（税前）
18.5%（税后）
资本净利润率：29.66%
从以上资料看，生产多晶硅的成本中，燃料动力成本（主要是电费）占到生产成本的40%，由于是按引进技术考虑，每生产1公斤多晶硅耗电190KWH，而目前国内技术在300－500KWH之间。该资料的电费是按大约每KWH
0.5元计算的。如果引进国外技术在我市建设千吨级多晶硅厂，电费可降低45%，生产成本可降低18%，在我市建设多晶硅生产企业将明显具备低成本的优势。根据我国半导体协会提供的资料，1996年到2000年硅片的发货量增加了50%，而销售收入仅增加了6%，硅片的价格呈现明显下降的趋势，做为硅片原料的多晶硅的价格自然也是明显下降。也可以这样说，没有成本优势的多晶硅企业迟早会被市场淘汰。
（三）技术分析。
多晶硅产业是资金密集型和技术密集型产业，目前国内技术和国外技术还有较大差距，有关专家建议，1000吨级多晶硅项目应首选引进国外技术。技术可以引进，但能否很好消化吸收这些先进技术很可能成为能否引进成功的关键因素，我市目前还没有这方面的技术人才，这就构成我市的一个劣势。当然，随着飞机场的通航、高速公路的通车，对外技术交流的扩大，这方面的劣势会有所消弱。
（四）环境分析。
由于多晶硅是纯度极高的产品，对生产场地的清洁度要求很高，而我市沙尘和烟尘污染较为严重，将导致对厂房建设提出较高要求，这对我市来讲又形成了一个劣势。
三、结论
根据以上分析，在我市开发多晶硅产业是优势、劣势并存。优势很明显，主要是电力成本的优势，但劣势也较明显，主要表现为人力资源的不适应。目前在我国正在兴起一个硅产业开发建设的高潮，我市能否进入这个领域还无法得出明确结论，得看我们的决心有多大，相应的工作能否跟上去，对外技术交流和招商引资的工作力度如何，得看我们能不能充分发挥优势，能不能通过借脑引智吸引人才逐步削弱劣势。由于全国已有多个地区和开发区在争上同类项目，所以存在激烈竞争。目前，我市海南区已编写了一个年产100吨多晶硅的可研报告，并上网进行招商，乌达区也对此项目进行过调研，说明我市有关部门和政府领导已对硅产业的开发给予了高度关注。如果多晶硅的项目招商引资获得成功，将为我市构建起一个进一步发展的广阔平台，在此基础上可进一步开发太阳能、单晶硅，并进一步向半导体产业进军。有风险，但值得去争取。
本文主要参考资料有：
云南省电子工业总公司合资建设年产1000t多晶硅工厂的可行性研究报告；
我市海南区编写的年产100吨多晶硅的可行性研究报告
中国四佳半导体材料公司 施尚林写的
国内外半导体市场的变化及前景
硅材料行业：如何托起“中国硅谷”
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