一

前面几章讲的光刻胶、气体，都是「用在硅片上」的东西。这一章讲硅片本身——那块芯片得以存在的载体。

一颗芯片的所有结构，都是在一块圆形的硅晶片上一层层造出来的。今天主流的先进制程，用的是直径 300 毫米（业界习惯叫 12 英寸）的硅片。它看起来只是一块光亮的圆盘，但它要满足的要求近乎苛刻：晶体结构要近乎完美，杂质要控制在极低水平，表面要平整到纳米级，缺陷密度要低到几乎可以忽略。任何一处瑕疵，都会变成那一处芯片的废品。

硅是地壳里最丰富的元素之一，但「有硅」和「能造出芯片级的硅片」之间，隔着几十年的工艺。这块圆盘，是这本书里第一个提醒我们「原料丰富不等于供应安全」的例子——真正稀缺的从来不是硅，而是把硅做到芯片要求的能力。

二

这种能力，集中在五家公司手里。

300 毫米硅片的全球供应，由信越化学（日本）、SUMCO（日本）、环球晶圆（台湾）、Siltronic（德国）、SK Siltron（韩国）五家主导。1前两名都是日本企业。它们各自的具体份额，没有一张公开的权威表能精确给出——公司披露口径不一，行业统计也不按厂商拆分硅片出货。比较审慎的引用是：信越加 SUMCO 两家约占全球硅片市场的六成上下（这是战略与国际研究中心的口径，也有来源给出更高的数字，但那些往往口径更松）；五家合计约占八成五到九成。2

这里要插一句关于数字的诚实话。市面上流传的「信越 18%、SUMCO 17%」这类精确到个位数的份额，大多来自没有披露方法论的市场研究网站，彼此还互相抄录；本书宁可用「两家约六成、五家约八九成」这种带区间的保守说法，也不愿假装精确。3无论取哪个口径，结论是稳的：这是一个由五家公司、且日本居前的寡头市场。整个硅片市场的规模本身并不大：据 SEMI，2025 年全球硅片出货约 12,973 百万平方英寸，销售额约 114 亿美元。19一个百亿美元出头的市场，垫着上面数万亿美元的芯片产业——这又是材料层「市场小、地位重」的一个典型。

三

为什么硅片这么难造，难到全世界只有五家能做好？

主流的单晶硅片，用的是一种叫直拉法（Czochralski，简称 CZ）的工艺：把多晶硅熔化，用一颗籽晶接触熔体、缓慢旋转着往上提拉，让硅原子按籽晶的晶向有序地结晶，长成一根直径超过 300 毫米、可达数米长的单晶硅棒（晶锭），再切片、研磨、抛光成硅片。4

这个过程的每一步都是难关。拉晶要在高温下精确控制温度梯度、旋转、提拉速度，才能长出晶向一致、位错（晶体缺陷）密度极低的单晶——先进硅片要求位错密度低于每平方厘米一个的量级。5纯度要求在十亿分之一（ppb）的级别。切片和抛光要把厚度均匀性、平整度控制在纳米尺度——而且很多平整度指标在切片那一步就定了，不是靠最后抛光能补救的。

这些要求叠加起来，构成了一道极高的工艺墙。它和光刻胶的难一样，本质上是几十年积累的、难以言说的工艺经验——你知道配方和原理，不等于你能稳定地造出来。这是材料层反复出现的特征。

四

硅片的寡头格局，还引出过一桩国家直接出手的事。

2020 年底，台湾的环球晶圆提出以约 43.5 亿欧元收购德国的 Siltronic——若成功，将造就仅次于信越的全球第二大 300 毫米硅片厂。6但这桩交易最终告吹：德国经济部门没有在 2022 年 1 月底的最后期限前批准它，理由涉及外资审查与技术主权。7环球晶圆为此支付了约 5000 万欧元的分手费，转而把扩产投向美国和欧洲——它在美国得克萨斯州谢尔曼建起了一座造价数十亿美元的 300 毫米一体化晶圆厂，并获得美国《芯片法案》的拨款支持。8

这件事和第三章 JSR 被日本政府基金私有化，是同一种逻辑的两个侧面：当一种材料被认定为战略资产时，国家会介入它的归属——日本是「主动收归」自己的冠军，德国是「主动阻止」自己的冠军被外资收购。在材料层，资本的并购逻辑，越来越要让位于国家的安全逻辑。

五

但硅片还不是这条线的底。它下面，还有一层更少被人提起的卡点：电子级多晶硅。

前面说过，直拉法要先把多晶硅熔化。这里的多晶硅，不是随便什么硅——它必须是电子级（半导体级）的，纯度要达到所谓「11 个 9」（99.999999999%）的量级，远高于太阳能光伏用的多晶硅（一般是 6 到 9 个 9）。9这是两条不同的供应链。

而电子级多晶硅的供应，比硅片还要集中——大致掌握在三到四家西方和日本企业手里：德国的 Wacker（全球最大的半导体级多晶硅生产商）、美国的 Hemlock（第二）、日本的 Tokuyama 和三菱、韩国的 OCI。10

这里有一个特别值得说的对照。中国是全球最大的太阳能多晶硅生产国——通威、大全、协鑫这些公司，造着世界上最多的光伏级多晶硅。但它们造不出电子级（11N）的半导体多晶硅。11「能造世界最多的太阳能硅」和「能造芯片要用的硅」之间，隔着好几个数量级的纯度，以及配套的工艺与认证。这正是材料层最反直觉的地方：一个在某种材料的「大众版」上做到世界第一的国家，在它的「芯片版」上仍然可能近乎空白。

所以，当人们讨论硅片的国产化时，常常忽略了：就算硅片本身国产了，它的原料——电子级多晶硅——可能仍然依赖进口。卡点比表面看到的更深一层。这一层，是这本书想反复提醒的：盯着最显眼的那个环节，往往会漏掉它脚下更深的那个。

六

衬底这条线上，还有两个值得一提的角落。

一个是 SOI（绝缘体上硅）衬底——一种特殊的硅片，用于低功耗、射频、功率等专门场景。SOI 的主导者是法国的 Soitec：按片数计它约占全球四成五，但它真正的护城河是名为 Smart Cut 的专利工艺，握有三千五百多项专利，竞争对手要做 SOI 往往得向它授权、付费。12这是另一种形式的单一来源——不是靠产能垄断，而是靠专利垄断。随着 AI 数据中心对光互连的需求上升，用于硅光子的 SOI 也被点名为一个潜在瓶颈。

另一个角落是「没有发生的事」：450 毫米硅片。芯片业曾设想把硅片从 300 毫米升级到 450 毫米以提高效率，但这个转换最终停滞了。原因据一位前台积电高管的说法，是相关联盟因竞争顾虑瓦解，加上 450 毫米工厂成本高昂（每座约 100 亿美元，而 300 毫米约 50 亿）、以及对已有 300 毫米投资的舍不得。13这件事说明，材料的代际升级不只是技术问题，也是整条产业链愿不愿意一起掏钱的协调问题。

七

中国在硅片上的处境，又是一个哑铃。

8 英寸（200 毫米）硅片，中国国产化做得不错，国产比例据估计已达到一半以上。14但 12 英寸（300 毫米）的高端硅片——尤其是先进逻辑和 DRAM 存储所需的抛光片、外延片——国产化率仍只有一成左右，主要依赖进口。15

领头的国产企业是沪硅产业（旗下上海新昇），它是国内首家实现 300 毫米硅片量产的企业，2024 年营收约 33.88 亿元，300 毫米产能约每月 65 万片，客户包括台积电、中芯国际、华虹，并计划继续扩产到每月 120 万片。16西安奕材的 12 英寸硅片出货量从 2022 年的约 234.6 万片增长到 2024 年的约 625.5 万片，2025 年在科创板上市。17这些是真实的产能扩张和出货增长。

但要诚实地补上另一面：这些公司在 2025 年大多仍处于亏损状态，行业普遍是「量增价跌」——产能上得去，技术与良率的高端突破才是真正难的部分。18而且，就像前面说的，即便 300 毫米硅片国产了，它上游的电子级多晶硅，仍是另一道没补上的关。与此同时，老牌厂商并没有停下：信越与 SUMCO 在 2025 年合计投入约 1500 亿日元，扩建面向 2 纳米、3 纳米的超平整硅片产能——领先者也在往更高端跑，留给追赶者的差距未必在缩小。20

硅片这一章，把这本书的一个核心提醒讲到了底：替代的难度，是随着「往下走的深度」递增的。8 英寸硅片能补，12 英寸高端难补，电子级多晶硅更难补。接下来要去的，是这一层里最隐形的几样东西——掩膜基板、抛光、靶材，它们连名字都很少有人听过，却同样卡着先进芯片的喉咙。

参考文献

  1. 300mm 硅片由信越化学、SUMCO、环球晶圆、Siltronic、SK Siltron 五家主导，见 SEMI 与各公司 IR；综述见 CSIS “Mapping the Semiconductor Supply Chain.”。https://www.csis.org/analysis/mapping-semiconductor-supply-chain-critical-role-indo-pacific-region

  2. 信越+SUMCO 约占全球硅片六成（CSIS 口径，部分来源更高但口径更松）；五家合计约 85%–90%，见 CSIS 与 SEMI 数据。https://www.csis.org/analysis/mapping-semiconductor-supply-chain-critical-role-indo-pacific-region

  3. 关于「信越 18%/SUMCO 17%」等精确份额数字多来自无方法论披露的市场研究网站、彼此抄录，本书采保守区间表述；建议以 SEMI 与公司 IR 演示材料为准。

  4. 直拉法（Czochralski）拉晶工艺与 300mm 硅片制造难点，见 IntechOpen, “Defect engineering during Czochralski crystal growth and silicon wafer manufacturing.”。https://cdn.intechopen.com/pdfs/26201/InTech-Defect_engineering_during_czochralski_crystal_growth_and_silicon_wafer_manufacturing.pdf

  5. 先进硅片位错密度要求低于约每平方厘米 1 个，纯度达 ppb 级，见上 IntechOpen 及硅片制造技术资料。https://cdn.intechopen.com/pdfs/26201/InTech-Defect_engineering_during_czochralski_crystal_growth_and_silicon_wafer_manufacturing.pdf

  6. 环球晶圆以约 43.5 亿欧元要约收购 Siltronic（若成将成全球第二大 300mm 硅片厂），见 Reuters / Nippon.com，2022年。https://www.nippon.com/en/news/reu20220201KBN2K522P/

  7. 德国经济部门未在 2022年1月底期限前批准，交易告吹（涉外资审查/技术主权），见 Siltronic ad-hoc 公告，2022年2月1日。https://www.siltronic.com/en/investors/financial-releases/ad-hoc-reports/siltronic-ag-public-tender-offer-by-globalwafers-will-not-be-completed-as-offer-conditions-have-not-been-fulfilled-within-the-applicable-deadline-2191243-1643673381.html

  8. 环球晶圆约 5000 万欧元分手费；转投美国得州谢尔曼 300mm 一体化厂并获《芯片法案》拨款（至多约 4.06 亿美元），见 NIST CHIPS。https://www.nist.gov/chips/globalwafers-texas-sherman

  9. 电子级（半导体级）多晶硅纯度约 11N（99.999999999%），远高于太阳能级 6N–9N，见 Bernreuter Research 与 SIA Section 232 多晶硅意见，2025年。https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2025/08/Semiconductor-Industry-Association-SIA-Comments-Polysilicon-Section-232-Investigation.pdf

  10. 电子级多晶硅主要供应商：Wacker（最大）、Hemlock（第二）、Tokuyama、三菱、OCI，见 Bernreuter Research。https://www.bernreuter.com/polysilicon/manufacturers/

  11. 中国为全球最大太阳能多晶硅生产国（通威、大全、协鑫），但不供应电子级（11N）半导体多晶硅，见 Bernreuter Research 与 SIA 意见。https://www.bernreuter.com/polysilicon/manufacturers/

  12. Soitec 约占全球 SOI 四成五，凭 Smart Cut 专利（>3,500 项）形成技术垄断，FY2025 营收约 8.91 亿欧元，见 Soitec IR 综述。https://vantixresearch.substack.com/p/soitec-deep-dive

  13. 450mm 转换停滞原因（联盟瓦解、成本约 100 亿美元/座 vs 300mm 约 50 亿、沉没投资），见 The Register（引前台积电高管），2022年。https://www.theregister.com/2022/08/08/how_tsmc_killed_450mm_wafers/

  14. 中国 8 英寸硅片国产化率约 55%，见行业研报与综述，2024—2025年。https://finance.sina.com.cn/stock/relnews/cn/2025-02-27/doc-inemwynh7120899.shtml

  15. 中国 12 英寸高端硅片国产化率约 10%（先进逻辑/DRAM 级抛光、外延片仍主依赖进口），见券商研报，2025年。https://finance.sina.com.cn/stock/relnews/cn/2025-02-27/doc-inemwynh7120899.shtml

  16. 沪硅产业（上海新昇）2024 年营收约 33.88 亿元、300mm 产能约 65 万片/月、客户含台积电/中芯/华虹、拟扩至 120 万片/月，见沪硅产业 2024 年报。http://static.cninfo.com.cn/finalpage/2025-04-24/1223237698.PDF

  17. 西安奕材 12 英寸硅片出货由 2022 年约 234.6 万片增至 2024 年约 625.5 万片、2025 年科创板上市，见西安奕材招股书。https://pdf.dfcfw.com/pdf/H2_AN202509241749809284_1.pdf

  18. 中国硅片企业 2025 年多处亏损、行业「量增价跌」，见证券时报与行业报道，2025年。https://www.stcn.com/article/detail/1689501.html

  19. SEMI：2025 年全球硅片出货约 12,973 百万平方英寸、销售额约 114 亿美元，见 SEMI 新闻稿，2026年初。https://www.semi.org/en/semi-press-release/semi-reports-2025-annual-worldwide-silicon-wafer-shipments-and-revenue-results

  20. 信越与 SUMCO 2025 年合计投入约 1500 亿日元扩建面向 2nm/3nm 的超平整硅片产能，见行业报道，2025—2026年。https://www.techtimes.com/articles/318859/20260624/sk-siltron-fires-new-wafer-capacity-rivals-pause-betting-ai-rebound.htm