在人工智能熱潮之下，與之相關的上游企業(yè)也跟著火了一把。美國當?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)調整，當天下跌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體基板開發(fā)商和生產商。公司產品包括砷化鎵基板，磷化銦基板和鍺基板。公司使用垂直向量凍結技術生產半導體產品，其主要生產業(yè)務位于中國。

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

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

Morris Young認為，AI是磷化銦的一個新興應用，未來幾年將會有令人振奮的發(fā)展。目前，AI相關應用主要使用砷化鎵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。


磷化銦在光模塊領域大有可為

據(jù)悉，磷化銦屬于第二代III-V族化合物半導體，是僅次于硅之外最成熟的半導體材料之一。磷化銦被廣泛應用于生產射頻器件、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、可穿戴設備、航天等領域具有廣闊的應用空間。

磷化銦作為半導體材料具有優(yōu)良特性。使用磷化銦襯底制造的半導體器件，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、導熱性好、光電轉換效率高、禁帶寬度較高等特性，因此磷化銦襯底可被廣泛應用于制造光模塊器件、傳感器件、高端射頻器件等。當下，5G通信、數(shù)據(jù)中心等產業(yè)快速發(fā)展，驅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年銦在半導體市場（用作磷化銦襯底）用量的增幅接近50%。天風證券研報表示，AI算力提升浪潮下，金屬材料產業(yè)鏈迎來發(fā)展新機遇。其中，在數(shù)據(jù)傳輸層面，磷化銦襯底可被廣泛應用于制造光模塊器件，在5G通信、數(shù)據(jù)中心等產業(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

銦的熔點為1070℃，在此溫度下，磷化銦材料有很高的離解壓，熔點下的離解壓為 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，遠大于磷化銦的離解壓，所以將磷和銦直接在單晶爐內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%）之間的反應來生長磷化銦層。


（2）溶質擴散法

溶質擴散法( 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散，然后反應 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 導致生產成本高，無法滿足工業(yè)批量生產的需要，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。當達到一定量的時候，液態(tài)的磷滴到銦熔體中并與銦熔體進行瞬間反應，直到全部的銦熔體跟液態(tài)的磷合成轉化為磷化銦熔體。但是，坩堝中固態(tài)紅磷加熱后固液轉化過程中，會有大量的磷揮發(fā)，從而導致很難使用石英觀察窗進行晶體生長的觀察。隨著檢測技術的進步，現(xiàn)采用了 X 射線掃描技術，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，也會將紅磷轉化為白磷，白磷劇毒，燃點較低容易自燃，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，在單晶質量上，相較其他方法VGF法生長的晶體位錯密度低且生產效率穩(wěn)定；第三，在生產成本上，HB法的成本最低，LEC法的成本最高，VB法和VGF法生產的產品性能類似，但是VGF法取消了機械傳動結構，能以更低成本穩(wěn)定生產單晶。

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體生產過程中的通識部分，比如拉晶、滾圓、切割、研磨、蝕刻、拋光、清洗等工藝；半導體外延片生產過程主要為在拋光片的基礎上進行外延生長等等。從磷化銦材料到磷化銦器件以及終端應用，還包括襯底——器件——終端應用這樣一個流程。

其他光芯片產業(yè)鏈機遇

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，相關材料將迎來新的成長機遇。


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，廣泛應用于光電子和微電子領域。砷化鎵是砷與鎵的化合物，屬于 III-V 族化合物半導體材料，使用砷化鎵襯底制造的半導體器件，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 LED、射頻器件、激光器等器件產品。

砷化鎵襯底的應用可以分為三個階段：第一階段自 20 世紀 60 年代起，砷化鎵襯底開始應用于LED 及太陽能電池，并在隨后 30 年里主要應用于航天領域；第二階段自 20 世紀90 年代起，隨著移動設備的普及，砷化鎵襯底開始用于生產移動設備的射頻器件中；第三階段自 2010 年起，隨著 LED 以及智能手機的普及，砷化鎵襯底進入了規(guī)?；瘧秒A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 VCSEL 需要使用砷化鎵襯底，砷化鎵襯底應用場景再次拓寬到消費電子市場。

砷化鎵產業(yè)鏈上游為砷化鎵晶體生長、襯底和外延片生產加工環(huán)節(jié)。襯底是外延層半導體材料生長的基礎，在芯片中起到承載和固定的關鍵作用。生產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；砷化鎵襯底生產設備主要涉及晶體生長爐、研磨機、拋光機、切割機、檢測與測試設備等。砷化鎵產業(yè)鏈下游應用主要涉及 5G 通信、新一代顯示（Mini LED、Micro LED）、無人駕駛、人工智能、可穿戴設備等多個領域。

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90 年代以來，砷化鎵技術得以迅速發(fā)展，并逐漸成為最成熟的半導體材料之一，但長期以來，由于下游應用領域的發(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)模將逐步擴大。

根據(jù) Yole 預測，激光器是砷化鎵襯底未來五年最大的應用增長點之一。預計到 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，年復合增長率為 20.82%；預計到 2025年，全球激光器砷化鎵襯底市場容量將達到 6100 萬美元，年復合增長率為 16.82%。


鈮酸鋰：電光調制器重要材料

鈮酸鋰晶體的壓電性能、光電效應十分優(yōu)異，是重要的無機材料。鈮酸鋰是一種無機物，化學式為 LiNbO3，是一種負性晶體、鐵電晶體，經過極化處理的鈮酸鋰晶體具有壓電、鐵電、光電、非線性光學、熱電等多性能的材料，同時具有光折變效應。鈮酸鋰晶體是用途最廣泛的新型無機材料之一，它是很好的壓電換能材料，鐵電材料，電光材料，在聲學濾波器中和光通訊中都有重要應用。

鈮酸鋰材料產業(yè)鏈包括上游晶體生長、中游制造加工和下游應用。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制器芯片及器件制造，包括體材料鈮酸鋰調制器和薄膜鈮酸鋰調制器；下游主要應用于光通信、光纖陀螺、超快激光器、有線電視等領域。

光信號調制是光模塊的必要功能，電光調制器包括內調制和獨立調制兩種模式。光信號調制是光模塊的必要功能，通過將信號加載在光波上，實現(xiàn)了可靠高速的光通信，但是調制器不是光模塊中的必要器件，在短距離場景下，可以采用內調整的方式替代獨立的調制器。內調制或直接調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制；獨立調制器進行的外調制是指光輸出光源的振幅和頻率作為光載波經過光調制器，光信號通過調制器來實現(xiàn)振幅、頻率和光學載波的相位調整。在中長距光通信場景中，特別是相干通信中，獨立的調制器是必要器件。

目前行業(yè)內的主流電光調制器有三種，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)缺點不同，可適用于不同通信距離的應用場景。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?；诠杌恼{制器期限速率約為 60-90Gbaud，基于磷化銦的調制器可達到130Gbaud，而基于鈮酸鋰的調制器可能超過 130Gbaud。受材料性質所限，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，當前的高速通信系統(tǒng)對鈮酸鋰調制器產生了新的要求，包括更高調制速率以及小型化、集成化，薄膜鈮酸鋰調制器優(yōu)勢凸顯。傳統(tǒng)塊狀鈮酸鋰制作的體鈮酸鋰電光調制器，存在著一些技術上的局限性：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，無法適應大容量通信網絡的快速發(fā)展。薄膜鈮酸鋰調制器相比于體鈮酸鋰調制器，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工藝，與其它集成光子學器件實現(xiàn)片上集成，在光通信高速率發(fā)展背景下優(yōu)勢凸顯。

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

金屬基復合材料：光芯片基座重要材料

金屬基復合材料可以將金屬基體較高的熱導率和增強相材料較低的熱膨脹系數(shù)結合起來，通過改變增強相種類、體積分數(shù)、排列方式或者復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、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經歷了金屬、陶瓷、塑料、復合材料的變化，微電子和半導體器件對封裝材料要求越來越高，加速了先進金屬基復合材料的發(fā)展。金屬基電子封裝材料由基體和增強相兩部分組成，基體一般為金屬 (如鋁、銅、鎂)及其合金，增強相主要為碳(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熱性能、可加工性能以及焊接性能，而增強相具有較好的熱膨脹性能、良好的化學穩(wěn)定性、高強度、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）合金復合材料為新興金屬基電子封裝材料，金剛石/銅復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動光芯片基座材料升級迭代。光模塊是 5G 承載網絡、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和全光接入網絡的基礎構成單元，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要求是超細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、鎢顆粒團聚，這些缺陷都會嚴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分市場的特殊需求。在此基礎上，斯瑞新材正在研發(fā)低成本批量生產金剛石/銅復合材料工藝，為 1.6T 以上光模塊大批量應用儲備能力，以支撐未來更高性能 GPU 的快速發(fā)展需求。