高纯气体在广东LED上游产业的应用和市场[2]

　　外延片和芯片作为“高技术、高成本、高利润、高风险”的四高环节，在LED产业链的利润分配中占较大部分。此外各地方政府对企业购置MOCVD设备进行补助，导致近几年在大陆的外延片和芯片企业数量呈快速上涨的势头，其中广东的企业数量也迅速增长。如图1所示，历年来LED芯片企业总数和量产企业数量上升势头迅猛。据高工研究所统计数据显示，其中广东企业数量在2009年为10家，2010年底达到16家。虽然广东企业数量在全国所占比例有所上升，但已落后江苏的18家LED芯片企业。

　　广东LED企业生产外延芯片种类较全面，但还没有企业做到全色系LED芯片的生产和销售。据高工LED产业研究所调研，截止2010年底，生产蓝绿光LED芯片的企业：东莞晶锐、江门真明丽、惠州CREE等;生产蓝绿光和红黄光LED芯片的企业：深圳奥伦德、东莞福地和东莞洲磊等;广州晶科同时生产蓝绿光LED芯片和大功率LED白光芯片。

　　3 高纯气体在LED 上游产业的应用

　　应用于LED 上游中的高纯气体种类繁多，质量要求高，其中多种高纯气体的研发和量产国内仍处于空白，市场供应主要依靠进口。

　　3.1 常用LED 高纯气体的分类

　　在LED 产业链中，上游产业中外延片和芯片制造是核心技术，而高纯气体在其制造中起关键性作用。根据气体用途可分为掺杂扩散、外延用、离子注入、蚀刻清洗、稀释用和化学气相沉积气体等[7]，如表1 所示。

　　LED外延芯片的制造过程中，高纯气体除了单质气体、化合物气体之外，在各环节中还需要配制成混合气体使用。因此，按组成可将电子高纯气体分为单质类气体、化合物气体和混合物气体;化合物气体又可细分为氢化物(如SiH4、PH3、B2H6等)、氟化物(如NF3、BF3、SiF4等)、氟碳化合物(如CF4、C2F6、C3F8等)三种。混合气中部分高纯气体主要是起稀释混匀或运载作用，它们主要以惰性气体为主，尽可能减少对产品质量的影响。混合气因配制精度、干扰组分累积、配制露点要求和多容器污染等不确定因素使其对原料高纯气纯度要求更高。

　　3.2 LED 产业对高纯气体质量的要求

　　随着LED技术的日益成熟和产业化进程的加快，外延技术、有机源的研制和制造技术的不断提升对气体质量和纯度的要求达到新的高度。随着部分电子高纯气体逐渐国产化，LED上游产业对气体质量的监测也提出更高要求。国外高纯气体经历了离线分析、在线分析和原位分析阶段，而国内刚进入在线分析阶段，至今仍不能测定高纯气体中<0.2 μm的金属颗粒杂质，不能提供杂质含量为10- 9数量级的高纯气体[8]。

　　在电子高纯气体生产中，杂质含量指标由10-6向10-9发展，即气体杂质ppm、ppb、ppt级和金属杂质ppb、ppt级的净化控制及分析检测技术。在LED制造技术中，如集成度越高、几何尺寸越小、PN结越浅，则对高纯气体的纯度要求越高，而这些正是LED制造技术的发展方向[9]。LED产业对高纯气体质量提高的需求，推动了高纯气体行业发展的步伐。以LED产业中用量最大的氨气为例，其纯度由最初技术指标要求的电子级(5 N)到兆位一级(5.5 N)、兆位二级(5.7 N)，发展到应用在氮化镓生产中的蓝氨(6.4 N)，目前氮化镓技术需求纯度超过99.99999 %的白氨，在业界已经得到认可并已完全商品化。

　　3.3 LED 高纯气体的供气系统

　　LED产业对高纯气体质量要求严格，对主体杂质成分的含量、使用稀释气中干扰组分的含量都有苛刻的标准，对其供应系统也提出更高的要求。高纯气体供应系统有多种方式，按投资规模和产品档次不同分为简单供气系统、常规供气系统和大规模供气系统。

　　简单供气系统一般针对4英寸及以下的LED芯片厂、LED材料科研机构等。由于它们用气量小、制程简单，甚至不需要连续供气，对高纯气体的指标和供气系统要求较低。

　　常规供气系统主要应用于4~6英寸LED芯片厂和中等规模外延片、芯片工序生产线，对气体杂质指标有较高要求。常规供气系统采用现场液体储罐(LIN、LOX、LAR)或集装格(H2、He)、特种气钢瓶(<50 L，SiH4、NH3等)供应方式。通过全自动PLC控制系统、VMB管路以及VMP管路标准配置和过滤、纯化装置保障供气系统洁净无污染[10]。

　　大规模量产8~12英寸超大规模集成电路芯片生产厂、发光二极管的磊晶工序线、硅材料外延生产线等行业需要通过大规模供气系统对其供应。大规模供气系统中大宗普气主要以现场制气(On-site)或工业园区管道(Pipeline)集中供应方式，特气则以Y-钢瓶(450 L)，T-钢瓶(980 L)，集装格(940 L)，ISO罐(22,500 L)，鱼雷车(13,400 L)等方式供应。特气一般是通过大宗特气供应系统(BSGS)，采用独立气源，多用点采2 VMB或VMP分路供应，再经终端纯化器和0.1 μm级过滤器进一步除杂，达到微电子行业的使用要求。此外，关键配管系统还需经特别的设计、处理，在用气峰值(Peak)时仍能够确保管路每秒低于10-9 cc的氦气泄漏率(Leakage Rate)，降低高纯气体被污染的风险值[11]。

　　3.4 广东LED高纯气体市场

　　LED 产业的发展带动原材料市场的迅速提升，包括晶圆、衬底、过程气体等原本材料的消耗以每年约21 %的比例递增，而其中过程气体(砷烷、磷烷、氨气、氩、氢、氮、氯化氢、氯气等)占整体原料的8 %。

　　在广东地区，在供LED 企业高纯气体的公司主要有：佛山市华特气体有限公司、广州广钢林德气体有限公司、广东韶钢普莱克斯实用气体有限公司、空气化工产品(广州)有限公司、江门市新会特种气体研究所有限公司、深圳市深特工业气体有限公司、深圳华特鹏特种气体有限公司等。此外，多家国际知名企业在珠三角设立分公司或办事处销售LED 用高纯气体，如日本岩谷广州贸易有限公司、液化空气(广东)贸易有限公司等。

　　随着光电子、微电子技术的发展，特别是氮化镓技术的突破，对高纯特种气体需求种类有所增加，气体生产技术要求也愈来愈高。而据调查，广东气体企业主要向LED 上游产业供应大宗高纯气体如O2、N2、Ar、He、H2等，此外还供应特种高纯气体及其混合气如N2O、NH3、SiH4、CF4、SF6、B2H6、BCl3、PH3、NF3、GeH4、AsH3、BF3、NO、WF6、HCl、Cl2等，其中部分特种气体在广东已实现混配、纯化或合成等工艺化生产。