南大光电：国产电子材料龙头史
文章来源：南大光电：国产电子材料龙头史
南大光电，成立于2000年，一直紧跟国家发展战略，围绕着前驱体材料、电子特气和光刻胶三项核心电子材料，形成三大核心业务布局，其产品被广泛应用于制备IC、LCD、LED、OLED、功率器件、半导体激光器等领域。
截至目前，南大光电在苏州市、宁波市、滁州市、淄博市、乌兰察布市等地均设立了研发生产基地，在北美设立了营销技术服务分公司，完成了国家、省市重大专项36项，拥有专利175项，在前驱体材料、电子特气、光刻胶领域持续攻克了关键技术，打破了国外封锁，技术水平跻身世界前列。
一、MO源
南大光电的创始人——孙祥祯，1936年出生于江苏省邳州市，是南京大学化学系1959级本科毕业生，长期从事有机化学的教学和科研工作，被誉为“中国MO源之父”。
MO源（Metal Organic Source，金属有机源），是一类高纯金属有机化合物，主要包括三甲基镓、三甲基铟、三乙基镓、三甲基铝等，是制备LED（发光二极管）、半导体激光器等产品的核心原材料，在半导体照明、信息通讯等领域有极其重要的作用，主要用于半导体制造中的薄膜沉积。
薄膜沉积，是半导体晶圆制造的三大核心工艺之一，在硅晶圆进行光刻之前，需要先通过薄膜沉积，在硅晶圆上形成一层待加工的材料膜。这层材料膜一般为导体、半导体或绝缘体，是IC（芯片）最终要保留的结构基础。
薄膜沉积一般会采用PVD（物理气相沉积）和CVD（化学气相沉积）两大技术，MO源便是MOCVD（新型气相外延生长技术）的核心原材料。通过MOCVD技术，MO源可以与氢化物等原料在高温下产生反应，从而在硅晶圆上形成材料膜。
1987年，时任南京大学化学系教授的孙祥祯，在临近退休之时，成立了MO源研发团队，决心研发出中国自己的MO源，突破西方国家对中国的技术封锁。同时，政府也将孙祥祯的“MO源研究课题”纳入了“863计划”，为其提供了政策与资源支持。
MO源对空气和水汽极为敏感，在空气中会瞬间自燃，遇水会发生猛烈爆炸，所以对于制备的要求非常苛刻。同时，由于MO源中的微量杂质会直接影响材料膜的电学性能、结晶质量和均匀性，导致IC性能下降或失效，所以半导体制造对MO源的纯度要求极高，要求达到5N（99.999%）以上，部分先进制程甚至要求6N（99.9999%）级别。
然而，孙祥祯团队的研发条件非常简陋，连个像样的实验室都没有，只有一间不到20平方米、半废弃的小平房，所有的实验都在小平房里进行。同时，研发团队还缺乏配套的无氧无水设备，也没有测量高纯物质的设备，只能依靠人工轮流进行纯化和分析。
MO源是有机化合物，必须通过不断实验才能合成，由于孙祥祯团队的硬件条件太差，失败率非常高，导致外界出现不少声音认为孙祥祯团队是骗子，质疑他们骗取国家科研经费。面对外界质疑，孙祥祯从来不予回应，而是一直埋头苦干。
1989年，在经过上万次失败后，孙祥祯团队的MO源研究课题终于取得突破性进展，成功研制出了高纯三甲基锑产品。三甲基锑，是MO源的一个重要品类，成功打破了西方国家在MO源技术上的垄断。到了1997年，孙祥祯团队的MO源研究课题组被国家科技部提升为国家级研发中心，从课题级研究上升到了国家级平台层面，成为中国MO源材料领域的核心研发阵地。
2000年，依托于MO源技术的积累，孙祥祯团队成立了“江苏南大光电材料股份有限公司”（简称“南大光电”），计划将前期在MO源领域的研发成果推向市场，聚焦在高纯MO源等核心电子材料的规模化生产，解决中国光电子材料长期依赖进口的问题。
之后，政府将南大光电的MO源项目作为光电子领域自主化的重点突破方向，通过政策引导、资金支持、产业配套协调等方式，帮助推动其实现MO源的规模化生产。
在实现MO源的产业化之后，南大光电凭借不输给国外公司的产品质量，以及远低于物资品牌的价格，广泛得到了市场的欢迎。
不过，由于LED市场的需求尚未形成，以及下游客户对产品认可需要时间等原因，南大光电在2007年之前长期处于亏损状态，导致南大光电的经营陷入困境。
面对难题，孙祥祯写信向上级领导求助，公司的情况得到了政府的高度重视，国家发改委将其列为高技术产业示范工程，予以重点资助。同时，江苏省科技厅经过专家论证评审，也向南大光电划拨资金进行扶持。
除了寻求政府支持，南大光电积极营销产品，随着LED市场的发展及自身产能的稳定，公司经营状况也逐渐改善。之后，在政府及相关投资方的支持下，南大光电在2007年实现扭亏为盈，成为其发展过程中的重要转折点。
之后，南大光电在MO源领域奠定了国内领先地位，逐步成为了全球主要的MO源制造商之一，在MO源的合成制备、纯化技术、分析检测等方面达到了国际先进水平，实现了MO源全系列配套供应及定制化产品服务。同时，南大光电的MO源产品不仅在国内市场销售，还远销至欧美及亚太地区。
2012年，南大光电在深交所创业板上市，发行价为每股66元，共发行了1257万股，总计募集资金约8.3亿元，实际募集净额约7.82亿元。通过上市，南大光电为MO源产业化项目，以及研发中心的技术改造等项目募集到了资金，进一步扩大了生产规模，提升了研发能力。
近年来，传统LED照明逐步向智能、低碳、健康等方向转型升级，LED行业高速增长阶段已经过去。不过，随着MiniLED与MicroLED技术的发展，以及VCSEL（垂直腔面发射激光器）、化合物半导体等新型应用崛起，为MO源产品重新开拓了市场。此外，MO源逐渐被应用到新一代太阳能电池，薄膜非晶硅太阳能电池，相变存储器，半导体激光器，射频集成电路芯片及其他化合物半导体领域，为MO源行业的发展带来新的动力。
二、电子特气
2013年，南大光电负责承担国家02专项“高纯特种电子气体研发与产业化项目”，开启了特种电子气体（简称“电子特气”）的研发与产业化。
02专项，即《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》项目，主要任务是掌握制约产业发展的集成电路制造装备、成套工艺及材料核心技术，开发关键产品，提高中国集成电路制造产业核心竞争力，旨在突破14nm及以下先进制程的芯片制造技术
电子特气，是晶圆制造过程中的第二大耗材，仅次于硅片，是集成电路、显示面板、半导体照明、光伏等行业生产制造过程中不可或缺的关键性材料。当时，以高纯磷烷、砷烷等为主的氢类电子特气，可应用于国家军工、航天航空等领域，长期依赖进口，严重制约了中国国力增强和国民经济的发展。
在获得“02专项”支持后，南大光电于2013年投资了2000万元，在安徽省滁州市全椒县成立了“全椒南大光电材料有限公司”（简称“全椒南大光电”），使用上市超募的资金约6500万元增资全椒南大光电，组建了专业研发团队攻克高纯磷烷、砷烷等氢类电子特气的研发与产业化。
之后，经过研发团队的努力，全椒南大光电于2014年与2015年，分别完成第一批6N级别高纯磷烷，以及6N级别高纯砷烷的中试线。中试线，即中试生产的生产线，指企业在生产产品时，为了保证产品质量和生产成本，在正式生产之前先进行小规模的生产过程测试，用于排除生产中可能出现的问题和缺陷。
2016年，全椒南大光电经过三年的技术开发，终于突破了技术瓶颈，实现了国内高纯磷烷、砷烷等氢类电子特气的产业化，打破了国外技术封锁和垄断。到了2017 年，全椒南大光电的高纯磷烷、砷烷等氢类电子特气已经实现了量产销售。
与此同时，全椒南大光电在2016年完成了磷烷、砷烷等安全源产品的产业化，建成了年产100吨的生产线。
磷烷、砷烷等安全源产品与高纯磷烷、砷烷并不完全相同，虽然安全源产品也是电子特气的一种类型，但主要是以安全负压包装技术充装至特制钢瓶的气体产品。高纯磷烷、砷烷主要强调气体的高纯度，而安全源产品则更侧重包装形式和使用安全性，部分安全源产品的主要成分是高纯磷烷、砷烷，还可能会有三氟化硼等其他气体。
2017年，随着半导体产业的快速发展，南大光电意识到需进一步突破业务边界，向高端电子材料领域延伸，便提出了“二次创业”，即在巩固MO源市场优势的基础上，全力拓展高纯电子特气等新业务板块，从单一的MO源供应商向多元化高端电子材料平台型企业转型。
2019年，南大光电以2.47亿元的价格，收购了“山东飞源气体有限公司”（简称“飞源气体”），获得其年产3000吨三氟化氮，该产品可用于芯片刻蚀环节，填补了公司在氟类电子特气的空白。飞源气体，由山东飞源科技有限公司成立的，专注于高纯三氟化氮、六氟化硫等含氟电子特气，是京东方、台积电等多家知名企业的供应商。其中，三氟化氮主要应用于大规模集成电路、平板显示器、太阳能薄膜等领域，而六氟化硫则主要应用于输配电及控制设备行业。
通过收购飞源气体，南大光电一方面拓展了客户资源，完善了在电子特气领域的种类。另一方面，飞源气体在被南大光电收购后，也借助着南大光电的客户、技术等优势，实现了60多项技术创新，产能和品质得到了迅速提升。
2021年，南大光电成立了“乌兰察布南大微电子材料有限公司”，并投资50亿元，在内蒙古乌兰察布市建设了“内蒙古乌兰察布氟硅电子新材料基地”，主要负责高端氟硅电子材料的开发和产业化。
截至目前，南大光电在电子特气领域已经取得了多项显著成果，受益于中国集成电路，显示面板，以及光伏行业的快速扩张和产能转移，电子特气行业的市场空间广阔，带动了南大光电持续扩大了市场规模。
在氢类电子特气领域，南大光电的高纯砷烷品质达到了7N，制作技术居全球前列，产能位居全球第一。在2024年时，全球的高纯砷烷需求量约为300吨，而南大光电的产能达到了120吨，市占率约40%。此外，南大光电的高纯磷烷制作技术水平，位居全球前列，产能位居全球第二。
在离子注入安全源产品领域，则得到了半导体行业客户的高度认可，并积极布局新一代安全源、同位素产品、磷烷混气等新产品。
在含氟电子特气领域，南大光电已经覆盖了三氟化氮、六氟化硫等，三氟化氮制作工艺已经达到全球领先水平，产能位居国内第二；六氟化硫的产能则位居全球第三。
三、前驱体材料与光刻胶
在电子特气领域外，南大光电还进入了前驱体材料领域。
前驱体材料，是指半导体制造的薄膜沉积阶段，在CVD、ALD（原子层沉积）等工艺中，通过化学反应在基底表面形成材料膜的化学物质，MO源便是前驱体材料的一种。在ALD工艺中，主要使用的前驱体材料是三甲基铝，也是MO源的一个品类，技术长期被德国默克公司、美国空气化工公司等国外公司垄断。
2016年，南大光电开始承担02专项“ALD金属有机前驱体产品的开发和安全离子注入产品开发”项目，主要为了实现前驱体材料的国产化。
2017年，南大光电建成了8条CVD/ALD前驱体材料生产线，部分前驱体材料也通过了客户的验证，实现了批量供货的能力。同时，南大光电还在2017年引进了高纯三甲基铝的生产线，提升了在MO源领域的生产能力和技术水平。
2019年，南大光电成立了“南大光电半导体材料有限公司”，并启动建设了“年产170吨MO源和高纯三甲基铝生产项目”。此后，南大光电还建成了具备合成、纯化、分析、封装等功能的ALD前驱体研发中心，通过自主研发、引进技术再创新、产学研合作等方式，进一步完善了在前驱体材料领域的布局。
2022年，南大光电自主研发的三甲基铝完成下线与首次销售，一举打破中国在三甲基铝合成领域的空白。经过多年的研发，南大光电突破了三甲基铝在合成过程中的原料提纯、反应控制、超净封装等关键技术，自主开发了全套生产工艺，纯度达到6N（99.9999%）以上，性能指标达到了国际先进水平。
截至目前，南大光电已经实现了晶圆制造所需的硅前驱体材料、金属前驱体材料、高纯前驱体材料、中低纯前驱体材料等主要品类的全覆盖，成功进入了中国领先的芯片制造企业量产制程，成为国内主要的核心前驱体材料供应商之一。
尽管在电子特气与前驱体材料领域都取得了一定成果，但南大光电并没有停下脚步，而是寻求突破更多“卡脖子”技术，包括了光刻胶。
光刻胶，是半导体制造中的关键材料，主要应用于集成电路和半导体分立器件的细微图形加工，由于生产工艺复杂，对纯度要求高，需要长期的研发积累，具有极高的技术壁垒，被日本和美国公司垄断。其中，日本公司的全球市占率超过80%，处于绝对领先地位，特别是在高端光刻胶领域。此外，由于高端光刻胶的保质期很短，通常只有6个月左右甚至更短，一旦遇到贸易冲突或自然灾害，中国半导体产业势必面临芯片企业短期内全面停产的严重不利局面。在这种情况下，尽快实现高档光刻胶材料的全面国产化和产业化，便具有十分重要的战略意义。
2017年，南大光电承担了国家02专项“193nm光刻胶及配套材料关键技术的开发项目”。一年后，南大光电继续承担了国家02专项“ArF光刻胶开发和产业化项目”，该项目是“193nm光刻胶及配套材料关键技术开发项目”的延续，主要聚焦于ArF光刻胶的产业化。ArF光刻胶，是专为193nm波长光刻工艺设计的半导体光刻胶，是14nm至90nm先进制程芯片制造的核心材料。
为了ArF光刻胶的研发与产业化，南大光电在2018年成立了“宁波南大光电材料有限公司”（简称宁波南大”），并逐步搭建了专业研发团队，推进光刻胶配方研发、工艺优化及生产线建设。
2019年，宁波南大建成了中国首条ArF光刻胶生产线，该生产线位于宁波经济技术开发区，整合了配方调制、提纯、精密过滤、封装等全流程工艺模块，具备稳定生产ArF光刻胶的能力。之后，该生产线产出的ArF光刻胶样品陆续送样至中芯国际、华虹等国内主流晶圆厂进行验证，进入了实际应用验证阶段。
2020年，南大光电购置了193nm浸没式光刻机，成为全国首个购置该型号光刻机的电子材料民营企业。193nm浸没式光刻机，是生产14nm及以下先进制程集成电路的关键设备，而光刻胶的研发和生产需要与光刻机配合，才能完成性能验证与工艺适配。通过193nm浸没式光刻机，南大光电可以进行ArF光刻胶的配方优化、性能测试等，能够模拟集成电路生产线的光刻环节，为光刻胶产品符合芯片制造标准提供关键支持。
与此同时，南大光电在2020年建成了光刻胶第二条生产线，是在第一条生产线的基础上进行产能扩充与技术升级。第二条生产线延续了ArF光刻胶的生产方向，进一步优化了生产流程，提升了关键工序的自动化程度与精密控制水平。在拥有两条光刻胶生产线后，南大光电也基本实现了光刻胶的规模化、稳定化生产，不仅提高了光刻胶的产能储备，也为应对不同客户的定制化需求、加速产品在下游晶圆厂的验证与导入提供了保障，也满足了后续商业化供货的需求。
2021年，南大光电的02专项“ArF光刻胶开发和产业化项目”通过验收，南大光电也宣布突破了光刻胶关键技术，实现了ArF光刻胶的完全自研，可应用于55nm、14nm等IC的生产，并实现了三款ArF光刻胶产品的销售，打破了日本公司多年来在ArF光刻胶领域的垄断。
截至目前，南大光电已经形成了ArF光刻胶的研发与生产管理团队，建成了质量控制平台，具备研制功能单体、功能树脂、光敏剂等光刻胶材料的能力，能够实现从光刻胶原材料到光刻胶产品及配套材料的自主化，拥有年产5吨干式ArF光刻胶，以及年产20吨浸没式ArF光刻胶的生产线。此外，南大光电在ArF光刻胶领域还拥有91项专利，包括了81项国内发明专利、4项国际发明专利与6项实用新型专利。
四、业绩情况
2000年，南大光电在成立之后，由于当时LED市场需求尚未形成规模，公司的产品市场认可度较低，销量较少。同时，南大光电作为电子材料的新兴企业，前期研发投入巨大，生产规模较小，单位产品成本高，加上市场竞争激烈，价格受到压制，导致长时间处于亏损状态。
2000年至2006年，南大光电营收从630万元增长至4180万元，年均复合增长率为37.6%，营收保持稳定增长；然而，净利润却从亏损612.91万元增长至亏损3721.82万元，年均复合增长率为33.8%，亏损规模持续扩大。
2007年，随着LED市场快速发展，市场对MO源产品的需求大幅增加，南大光电的产能也逐渐稳定，产品逐渐得到客户认可，产品销量得以提升，市场份额有所扩大，规模效应开始显现，从而扭亏为盈，实现盈利。
之后，LED市场持续火爆，对MO源产品需求持续旺盛，南大光电的主要产品三甲基镓销量大幅增加，并且在2010年两次上调了三甲基镓的售价，使其均价从2010年初的1.22万元上涨至2011年的3.53万元，增幅高达189.34%，对公司毛利贡献从2009 年的26.99%增至2011年的67.43%，从而推动了营收和净利润的大幅增长。
2008年至2011年，南大光电营收从2948.73万元增长至3.23亿元，年均复合增长率为129.8%；净利润从993.54万元增长至1.78亿元，年均复合增长率为109.4%。
2012年，受欧债危机和国内经济增长速度下行的影响，LED行业发展不如预期，MO源需求放缓，导致MO源市场供过于求，产品价格大幅下降，三甲基镓的价格也从2011 年峰值的每千克3.5万元一路下滑至2012年约每千克1.2万左右，跌幅超过50%，导致南大光电的业绩出现了断崖式下滑。
之后，随着国外公司增加了MO源产量，对南大光电的市场份额持续造成冲击，而南大光电由于产品结构相对单一，在市场环境变化时，抗风险能力较弱，导致营收和净利润持续下滑。
2012年至2015年，南大光电营收从1.77亿元下降至1.2亿元，年均复合增长率为-12.3%；净利润从9019.28万元下降至4447万元，年均复合增长率为-18.7%。
从2015年起，随着政府大力推动半导体材料国产化，南大光电作为相关领域企业，累计获得了超10亿元专项补贴，享受到了税收优惠等政策，降低了成本，增强了研发能力。同时，随着全球半导体材料市场规模扩大，中国市场占比超过30%，且日本对华半导体材料出口限制进一步催化了国产替代需求，也为南大光电提供了广阔市场空间。
此外，随着南大光电自身业务的拓展与技术突破，承接了国家02专项多个项目，构建了先进前驱体材料、电子特气、光刻胶及配套材料三大业务板块，实现了产品结构的多元化，深度绑定了中芯国际、长江存储等战略客户，从而保障了产品的销售。
2016年至2024年，南大光电营收从1.01亿元增长至23.52亿元，年均复合增长率为45.4%；净利润从754.87万元增长至2.71亿元，年均复合增长率为52.7%。
长期以来，前驱体材料、电子特气、高端光刻胶等电子材料领域的核心技术，一直掌握在国外公司手中。由于国外公司的技术封锁，南大光电在前驱体材料板块、电子特气板块、光刻胶及配套材料板块，大部分都是依靠自主研发突破技术瓶颈。
尽管中国半导体材料已经发展多年，基本实现了在重点领域的布局，但主要都集中在了中低端领域，高端材料领域仍被国外公司主导，靶材、大硅片、高端光刻胶等产业化能力与海外差距大，进口依赖度仍然较高。在这种背景下，半导体材料国产化率的趋势，将有望带动中国半导体材料市场快速发展，也将为南大光电带来机遇。
近年来，随着人工智能的快速发展，带动了数据中心、智能终端的需求上升，使得智能手机、可穿戴设备等消费电子产品需求回暖。同时，新能源汽车的景气也促使汽车电子的需求增长，为电子材料市场提供了广阔的发展空间。
不过，由于先进电子材料的精度、纯度标准较高，对于产品性能指标的要求严格，南大光电在研发过程中，仍然会存在研发失败，或是研发成果不达预期的风险。此外，随着科学技术的不断发展，不排除在未来会出现现有产品的替代品，或是由于技术进步导致南大光电的生产工艺被替代，使得现有或正在研发的产品无法满足下游芯片客户的需求，从而对南大光电的经营造成巨大冲击。
面对这些风险，南大光电唯一能做的，便是通过不断的技术研发和创新，拓宽发展领域与产品线，提高产品性能，从而增强公司综合竞争力和抵御风险的能力，真正建设成为国际一流的电子材料公司。
参考文章：
《他抱着造原子弹的决心，用15年打破西方封锁，却被骂是“骗子”》
《芯片制造的核心工艺：一文看懂薄膜沉积》
图片来源：
南大光电官网、网络