国家火炬计划产业化项目可行性研究报告.doc

1、1目 录第一章 概述 .31.1 项目提出背景 .31.2 技术开发状况 .31.3 现有产业规模 .41.4 项目产品的主要用途、性能 .41.5 投资的必要性 .41.6 预期经济效益 .51.7 本企业实施该项目的优势 .5第二章 技术可行性分析 .62.1 项目技术路线、工艺设备的合理性和成熟性、关键技术的先进性 .62.2 产品技术性能水平与国内外同类产品的比较 .102.3 项目承担单位在实施本项目中的优势 .11第三章 项目成熟程度 .123.1 产品检测、鉴定及用户使用情况 .123.2 产品质量、价格、性能等情况 .123.3 核心技术的知识产权情况 .13第四章 市场需求情

2、况和风险分析 .144.1 国内市场需求分析 .144.2 国际市场状况及本项目产品市场占有情况 .154.3 风险因素及对策分析 .152第五章 投资估算及资金筹措 .175.1 项目投资估算 .175.2 资金筹措方案 .175.3 投资使用计划 .18第六章 经济和社会效益分析 .196.1 未来五年生产成本、销售收入估算 .196.2 财务分析 .196.3 不确定性分析 .206.4 财务分析结论 .206.5 社会效益分析 .20第七章 综合实力和产业基础 .247.1 企业员工构成 .247.2 企业负责人情况 .247.3 企业新产品研发能力及内部管理体系 .257.4 企业从

3、事该产品生产的条件、产业基础 .27第八章 项目实施进度计划 .283第一章 概述1.1 项目提出背景砷化镓（GaAs）单晶是一种重要的半导体光电子和高速高频用半导体微电子材料，在国际上其产量仅次于硅。HB 工艺是研究开发最早的 GaAs 单晶生长工艺，也是目前生产量最大的工艺，HB-GaAs 单晶年产量占全世界 GaAs 单晶年产量的 50%（2004 年全球的 GaAs 单晶产量约 140t） 。HB-GaAs 单晶生长设备及生长过程涉及到物理、化学、冶金学、自动控制、机械工艺等多个学科，技术含量高，批量生产工艺难度大，日本、美国等少数厂家在上世纪八十年代前后即开始批量生产，但其所使用的生

4、产设备、生产工艺及晶片加工技术对外严格保密。国际上 HB-GaAs 单晶生产以日本住友电工公司为主，其产量约占全世界产量的 60%（2004 年为 62%） ，所提供的晶片以 2” ，2.5”为主。2” ，2.5”水平砷化镓单晶近年来大量用于红外 LED 和高亮度 LED，是目前生产量和需求量最大、增长率最快的化合物半导体器件之一。但是由于国内目前还没有生产该产品的企业，使国内企业对该产品的需求主要依赖进口，造成大量资金流向国外。本项目产品的研发工作正是在这一背景下提出并开展的。1.2 技术开发状况“水平砷化镓单晶材料产业化” 2001 年被原国家计委批复为国家高技术产业化示范工程项目，并于

5、2005 年通过中国有色金属工业协会组织的科技成果鉴定，鉴定结果为：该项目的技术、产品质量达到了国际先进水平。本项目产品目前关键技术已经突破，并开始批量生产，产品已成功进入国内外市场。4下一步工作中，企业计划在进一步综合优化现有工艺技术基础上，使2”HBGaAs 单晶成品率由现在的 75%增加到 85%。EPD5103cm2。使2.5”HBGaAs 单晶成品率由现在的 55%增加到 70%，EPD5103cm2。以进一步提高产品的性价比从而增强其竞争力。1.3 现有产业规模本产品 2005 年通过鉴定后开始进行小规模生产，2005 年该产品销售收入达到 400 万元，2006 年产品销售收入达

6、到 1000 万元，预计 2007 年销售收入可达到 1800 万元，净利润达到 180 万元。1.4 项目产品的主要用途、性能本项目产品近年来大量用于红外 LED（波长 800-900nm）和高亮度（High bright-HB）LED即 AlGaInP/GaAs 高亮度红、橙、黄色 LED，是目前生产量和需求量最大、增长率最快的化合物半导体器件之一。主要技术与性能指标如下：N 型（掺 Si）n(cm-3)：（240）10 17； n(cm2/v.s)：1400；晶片直径（mm）：50.00.5，63.00.5；EPD(cm -2)：110 4。P 型(掺 Zn)p(cm-3)：（250）1

7、0 18； P(cm2/v.s)：50（50100） ；晶片直径（mm）：50.00.5，63.00.5；EPD(cm -2)：110 4。1.5 投资的必要性本项目产品近年来大量用于红外 LED 和高亮度 LED，市场前景非常广。但是目前国内还没有一家进行该项目产品研发生产的企业，国内企业对该产品的需求主要依赖进口，而进口产品价格昂贵，造成生产成本的提高。为缓解这种局面，本公司在原有产品的基础上，组织研发人员进行了该产品研究开发工5作，目前该产品技术已基本成熟，关键问题已经解决，产品于 2005 年 9 月通过了中国有色金属工业协会组织的科技成果鉴定，鉴定结果为：该项目技术、产品质量均达到国

8、际先进水平，同类商品国际市场占有率接近 10%。随着 LED 在各个应用领域用量的大幅度增长，本项目产品的市场越来越广阔。为进一步满足不断增长的国内外市场对该产品的需求，本企业计划投资扩大生产规模，增加产量，提高市场占有率，实现产品产业化。 1.6 预期经济效益本项目 2009 年达产，达产期年销售收入 3300 万元，年净利润 451 万元，上缴利税 592 万元，利税率达到 31.6%。 1.7 本企业实施该项目的优势技术优势：项目承担单位国瑞公司前身是北京有色金属研究总院化合物半导体材料研究室，从 1958 年就开始水平 GaAs 单晶研究，已有 40 多年研究开发经验，拥有一支由该领域

9、知名专家教授及长期从事该项目研究的高工组成的研发队伍，这支队伍对该项目产品拥有绝对技术优势。该项目技术路线设计合理，关键技术已经突破，其余技术完全能够实现，项目产品目前已通过权威部门检测和鉴定，鉴定结果为国际先进。项目目前已有部分产品销售国内外，用户中包括日本住友电工公司、韩国 Prowtech 公司等 世 界 知 名 企 业 和 中科镓英公司等国内用户，对该产品用户一致反映良好。营销优势：公 司 位于廊坊市经济技术开发区，拥有水平 GaAs 生产厂房，公司研发基地在北京有研总院。公司在水平 GaAs 生产技术方面处于国际先进水平，公司是国内唯一的批量生产水平 GaAs 晶片、GaP 晶片的企

10、业。公司成立了由具有多年水平 GaAs 研究开发经验的专业人员组成的销售队伍，这支队伍熟悉本项目产品各项性能指标，了解客户需求，比较利于开展工作。同时，由于本项目产品性价比高于国外同类产品，因此在国际上具有强竞争力。目前产品已经进入国际市场，被日本住友电工集团、韩国 Prowtech 公司6等 世 界 知 名 企 业 应 用 。 日 本 住友电工集团一向对外来产品要求极为严格，本公司产品能够大量进入该集团，说明本产品极具竞争力。管理优势：我公司拥有一支素质高、业务精、专业搭配合理的管理队伍，70的公司员工具有大专以上学历。管理团队知识层次高，具有高度的凝聚力、勇于开拓的创新性和丰富的管理经验。

11、高素质的员工群体、现代科学的管理方式、可靠的质量保证体系的完美结合，使产品质量得到充分保证。公司在日常生产和管理中，注重提升员工的质量意识，在员工头脑中筑起了质量保证的长城。公司的质量控制管理体系严格按照 ISO9001 施行，公司已于 2003 年通过该认证。公司按照建立现代企业制度的要求，制定了一整套完备的管理制度，包括人事管理制度、财务管理制度、销售管理制度、技术开发奖励制度等。实行物质奖励与精神奖励相结合，奖酬激励、人才使用激励与企业文化激励相结合，短期激励与长期激励相结合的综合激励方式。自公司成立以来，凭借自身雄厚的实力和良好的管理体制，在国内外用户中树立了良好的形象。这为本项目的顺

12、利实施提供了制度上的保障。第二章 技术可行性分析2.1 项目技术路线、工艺设备的合理性和成熟性、关键技术的先进性2.1.1 项目技术路线多晶合成单晶生长晶体加工工艺流程为：6NGa+6NAs装管、脱氧封管多晶合成（约 24 小时）多晶清洁处理封管（余 As 掺杂剂、放籽晶）装入单晶炉单晶生长7（78 天）（熔料、接籽晶、走车生长单晶、降温、出炉）晶体测试2.1.2 工艺及设备的合理性和成熟性1、自行设计的 HB-GaAs 单晶生长系统 本项目研发生产采用自行设计的水平砷化镓单晶生长系统，该生长系统在国际上未见成型产品，本项目单位根据多年工艺、技术积累，选用精密的温控仪表（欧陆智能式温控仪）和机

13、械传动系统（双向导轨和同步进电机带动精密丝杠组合） ，可保证在长达 710 天的单晶生长过程中温控精度0.5，炉体移动速度最低时（2.5/小时）爬行不大于 4m。采用优质 SiC 管支撑石英反应管使石英反应管长期处于高温（1300）下时膨胀度不至影响单晶生长（反应管外径扩大不超过 10） 。2、石英舟的预处理技术 HB-GaAs 单晶生长是在密封于石英反应管中的石英舟中进行的，因此首先要解决的是石英舟与熔体的粘舟问题。只有不粘舟才能保证单晶生长顺利，不出多晶、孪晶。生长完成后，晶体易从舟中取出（脱舟良好） ；且生长的晶体完整性好（EPD 符合产品技术指标） 。这个问题曾是困扰 HB-GaAs

14、单晶生长的一个较严重问题。很多单位曾试用过石英舟表面涂碳， “碳舟”虽可避免粘接问题，但碳易大量掺入 GaAs 晶体成为有害杂质，从而使晶体报废。本项目承担单位国瑞公司经多年研究、实践找到了解决“粘接”问题的良好方法，成为本公司一项独特的专有技术石英舟预处理技术,该项技术主要是在适当的溶剂中进行热处理，它可保证在长达 7 天的单晶连续生长中，熔体与舟不粘接，单晶生长完成后，单晶顺利脱舟。3、纵向温度分布技术 通过中高温热场的合理配置，提高晶片的纵向均匀性，有利于提高成品率。本项目所设计的水平单晶炉是一种多段式两温区炉，只有热场配置合理即温度梯度合适才有可能生长出合格单晶，公司技术人员经过反复实

15、验、比较、不断优化，设计出了合理热场，优化了温度分布，为提高单晶生长成品率、实现该8工艺的产业化创造了又一个有利条件。本项目中，单晶生长采用两步法，即：先合成多晶然后再一次备料生长单晶，备好的多晶放入两温区多段加热炉中生长单晶（谓之无砷端生长技术） 。两温区炉高温区温度为 12401260。中温区为 11201200。这种加热结构既得到所需的温度分布，又可抑制生长过程中 Si 的污染。Si 污染是由于舟、石英管都是石英即 SiO2 材料、易于使 Si 并入熔体和单晶中。抑制 Si 污染的机理是：在 GaAs 合成和晶体生长中，高温区发生熔体中的 Ga 与石英反应4Ga（L）+SiO2(S)=S

16、i(S)+2Ga2O(g) (1)2Ga(L)+ SiO2(S)=SiO(g)+Ga2O(g) (2)Si(S)+SiO2(S)= 2SiO(g) (3)LSg 分别表示液、固、气相。反应（1）使 Si 进入 GaAs，反应（3）使部分 Si 与 SiO2 反应生成气相 SiO逸出，二者差值，造成 GaAs 中 Si 的并入。高温区的气相 Ga2O 扩散到中温区发生如下反应：3 Ga2O(g)+As4(g)=Ga2O3(S)+4GaAs(S) (4)SiO(g)=SiO(S) (5)反应（4）消耗了 Ga2O，使反应（1）向右继续进行，加剧了 Si 向 GaAs 中的并入。反应（4）与温度关系

17、密切，如将温度升到 1100以上，反应（4）基本停止，从而可抑制反应（1）向右方进行：故将该温区温度维持在 1120以上。我们对多段炉的设计，各段炉温的单独控制及其协调”配合”控制也进行了反复实验研究并不断进行了优化，对提高单晶生长成品率发挥了重要作用。单晶生长速度有时也称为结晶速度（本工艺中视为石英反应管相对于加热炉的相对移动速度）是另一个重要的技术参数：因为熔体结晶的快慢与结晶潜热的产生，正常传递密切相关，结晶速度控制不当，会严重干扰内加热炉所形9成的温度分布，进而影响单晶正常生长，本项目在对热场配置进行优化时，兼顾了采用合适的结晶速度这一重要参数。4、固液界面特种加热炉 可很好调整固液界

18、面形状，这对生长不同晶向晶体、降低位错密度，提高成品率都十分重要。单晶生长过程中固液界面形状的控制是提高成品率的关键技术。在水平单晶生长过程中，无法完全按器件制造所要求的晶向生长，即晶体生长方向与晶片的晶向有一定的夹角，这导致了水平 GaAs 单晶的切片，一般都要“斜”切（因而切片技术难度较大） ，为使所切晶片上电学参数（尤其是载流子浓度）均匀分布，固液界面也必须与生长方向成一定角度。因为杂质（主要是掺杂剂）的分凝是以固液界面为“界线”的，如果单晶生长过程中固液界面与生长方向之间角度和所切晶片晶向与单晶生长方向之间角度不一致，所切晶片上的载流子浓度会形成“浓度梯度” ，即得不到均匀分布，这会对

19、在 GaAs晶片上生长外延材料及器件的成品率和性能造成不良影响。角度不一致还有可能在晶体内部出现热应力而导致晶体完整性差，使 EPD 增大，从而降低成品率。国内外在水平 GaAs 单晶研究开发中，多年来都是使用管状加热炉。因此，固液界面只能与生长方向垂直，无法得到所需要的偏角 。 管状加热炉除了无法得到所需“偏角” 以外，还很难调制固液界面本身的“平坦度” ， 由于砷化镓热导率相对较低，在采用管状加热炉的情况下固液界面四周的热环境是“固定的” ，无法变动的，加上热辐射和固液界面的结晶潜热难以导出，使熔体“边缘”温度低于中心处温度，往往使固液界面凹向熔体。这种界面非常容易出孪晶，或使晶体的 EP

20、D 增大，降低成品率。在单晶生长理论中，理想的固液界面形状应为平坦的或略为凸向熔体，做到这一点，加热体的设计和制造非常关键。加热体是单晶生长的核心，对单晶生长影响非常大，是决定单晶生长成功与否的关键因素之一。该产品的设计和制造是本公司多年科研的结晶。本公司在炉体结构的设计；保温层的设置和配置；加热区段设置；加热区域设置等方面均取得了很大进步。目前制作的加热体，截面区（固液交界面区）有特殊加热结构。高温区各加热段设计合理，中温区有后加热体设置，其余各区设置合10适；在产品试制过程中表明，该加热体非常适合水平砷化镓单晶生长。采用这种加热体，可以很好调节固液界面形状及固液界面与生长方向的夹角 ，使其

21、与所切割的晶片的方向一致，并与单晶生长方向之间的夹角一致。同时，采用这特种加热炉，通过高温区、中温区和固液界面区温度分布的控制，很容易“调平”固液界面。当然，这种加热体如何单独控制又协调配合形成所需的温度分布 ，也要经过反复实验、研究、不断优化。经过几年的开发，本项目单位已在国内独家掌握了该项技术，该项技术达到世界先进水平。2.1.3 关键技术的先进性本项目产品2005年9月通过了中国有色金属工业协会组织的科技成果鉴定，鉴定结论为：该项目利用本单位独创的石英舟预处理技术、生长系统设计和制造技术，固液界面特种加热炉设计和制造技术，研究开发了本项目产品生长工艺技术和晶片加工工艺技术。通过提高单晶单

22、炉产量和成品率，提高晶片加工成品率，实现了水平砷化镓单晶材料的产业化，达到了预期的目标。该项目的技术达到国际先进水平，产品质量也达到国际先进水平，同类商品国际市场占有率接近10%。该产品与日本住友电工相比，各项技术指标均达到或高于其产品。 2.2 产品技术性能水平与国内外同类产品的比较HB-GaAs 单晶产品（产品形式有单晶锭和单晶片两种） ，主要有 n 型掺 Si单晶和 P 型掺 Zn 单晶两种，主要用于 LED（包括红外 LED 和高亮度 LED） 、LD等光电器件的衬底，本项目单位国瑞公司生产的这两种单晶各项技术指标与国际同类产品一致，完全达到了国际同类产品先进水平，本产品与日本住友电工（SEI）公司各项指标对比如下：北京有研总院（国瑞公司）日本住友电工产品类型技术指标N 型（掺 Si）