在人工智能热潮之下，与之相关的上游企业也跟着火了一把。美国当地时间2月23日至2月27日，美股AXTI累计涨幅超过135%，累计涨幅在同期美股个股中名列第五。2月28日，该股出现调整，当天下跌10.24%，最新总市值为2.1亿美元。
据悉，AXTI连同其子公司是一家化合物及单元素半导体基板开发商和生产商。公司产品包括砷化镓基板，磷化铟基板和锗基板。公司使用垂直向量冻结技术生产半导体产品，其主要生产业务位于中国。
在此之前，AXTI公布超出市场预期的2023年四季度财报，公司第四季度实现营收2040万美元，环比增长17.2%，同比下滑23.9%，超出外界预期的1760万美元。
在财报发布之际，AXTI公司首席执行官Morris Young给出乐观展望。他表示：“我们相信，现在开始看到市场复苏……虽然整体需求环境仍然有些疲软，但我们看到AI等领域的磷化铟订单在增加。”
Morris Young认为，AI是磷化铟的一个新兴应用，未来几年将会有令人振奋的发展。目前，AI相关应用主要使用砷化镓VCSEL，所需的基底材料相对较少。但是，随着行业发展到800G和1.6T的速度，预计有必要过渡到磷化铟。AI推升了带宽增加、低衰减和低失真的大规模数据传输需求。相信铟磷化物作为快速数据传输的最佳平台，需求有望随之增长。
磷化铟在光模块领域大有可为
据悉，磷化铟属于第二代III-V族化合物半导体，是仅次于硅之外最成熟的半导体材料之一。磷化铟被广泛应用于生产射频器件、光模块、LED（Mini LED及Micro LED）、激光器、探测器、传感器、太空太阳能电池等器件，在5G通信、数据中心、新一代显示、人工智能、无人驾驶、可穿戴设备、航天等领域具有广阔的应用空间。
磷化铟作为半导体材料具有优良特性。使用磷化铟衬底制造的半导体器件，具备饱和电子漂移速度高、发光波长适宜光纤低损通信、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高、禁带宽度较高等特性，因此磷化铟衬底可被广泛应用于制造光模块器件、传感器件、高端射频器件等。当下，5G通信、数据中心等产业快速发展，驱动磷化铟下游光模块器件、高端射频器件等需求迅增，为磷化铟需求扩增提供了支撑。
光大证券发布的研报显示，2022年~2025年铟在半导体市场（用作磷化铟衬底）用量的增幅接近50%。天风证券研报表示，AI算力提升浪潮下，金属材料产业链迎来发展新机遇。其中，在数据传输层面，磷化铟衬底可被广泛应用于制造光模块器件，在5G通信、数据中心等产业迅速发展及AI算力提升的拉动下，有望蓬勃发展。
磷化铟制备的几种方法
（1）磷化铟多晶的合成技术
铟的熔点为1070℃，在此温度下，磷化铟材料有很高的离解压，熔点下的离解压为 2.75MPa，根据 Antoine 饱和蒸汽压与和温度之间的函数关系公式lgP = A-B/( T+C) 计算，在此条件下，磷蒸汽压已超过了10MPa，远大于磷化铟的离解压，所以将磷和铟直接在单晶炉内合成磷化铟单晶是非常困难的，所以一般是将高纯铟和高纯磷通过多晶合成，合成磷化 铟多晶料，然后再用磷化铟多晶料进行磷化铟单晶生长。
用高压单晶炉制备磷化铟单晶是最主要的方法，并用掺等电子杂质的方法降低晶体的位错密度。而气相外延，多采用In-PCl3-H2系统的歧化法，在该工艺中用铟(99.9999%)和三氯化磷（99.999%）之间的反应来生长磷化铟层。
（2）溶质扩散法
溶质扩散法( SSD) 是最早用于磷化铟多晶合成方法，是 在 900℃ ～ 1000℃ 通过磷蒸汽在铟的熔体中扩散，然后反应 生成磷化铟多晶的方法。由于其生长温度低，可减少晶体中 Si 杂质对磷化铟多晶体的玷污，提高了晶体的纯度，有效提 高晶体的载流子浓度，载流子浓度可以达到 1014cm-3 的水平。但是与其他方法相比，多晶一次合成量少，合成速度慢，从而 导致生产成本高，无法满足工业批量生产的需要，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；液态磷液封法；高压直接合成法。原位直接合成的一种方法是在同一坩埚中放置铟和磷，然后在坩埚顶部盖一个加热罩。当对此区域加热到一定温度后，坩埚中的磷先变成磷蒸汽，然后磷蒸汽加热分解到这个壁后温度降低，形成液态的磷。当达到一定量的时候，液态的磷滴到铟熔体中并与铟熔体进行瞬间反应，直到全部的铟熔体跟液态的磷合成转化为磷化铟熔体。但是，坩埚中固态红磷加热后固液转化过程中，会有大量的磷挥发，从而导致很难使用石英观察窗进行晶体生长的观察。随着检测技术的进步，现采用了 X 射线扫描技术，来观察籽晶接触和生长情况。虽说解决了晶体生长的监控，但 是这种方法会造成较多磷的浪费，也会将红磷转化为白磷，白磷剧毒，燃点较低容易自燃，所以工艺成本过大，危险性也较高。
（4）VNG法
VNG方法是制备磷化铟的一张重要方法，其相较其他方法而言VGF法的先进之处如下：第一，在单晶直径上，目前HB法生长的单晶直径最大一般是3英寸，LEC 法生长的单晶直径最大可以到12英寸，但是使用LEC法生长单晶晶体设备投入成本高，且生长的晶体不均匀且位错密度大。目前VGF法和VB法生长的单晶直径最大可达8英寸，生长的晶体较为均匀且位错密度较低；第二，在单晶质量上，相较其他方法VGF法生长的晶体位错密度低且生产效率稳定；第三，在生产成本上，HB法的成本最低，LEC法的成本最高，VB法和VGF法生产的产品性能类似，但是VGF法取消了机械传动结构，能以更低成本稳定生产单晶。
通过以上制备之后，磷化铟的工业化制备流程还包括化合物半导体生产过程中的通识部分，比如拉晶、滚圆、切割、研磨、蚀刻、抛光、清洗等工艺；半导体外延片生产过程主要为在抛光片的基础上进行外延生长等等。从磷化铟材料到磷化铟器件以及终端应用，还包括衬底——器件——终端应用这样一个流程。
其他光芯片产业链机遇
目前主要光芯片采用磷化铟、砷化镓、铌酸锂等材料制备，光芯片基座为钨铜合金材料制备，相关材料将迎来新的成长机遇。
砷化镓：VCSEL 激光器芯片衬底材料
砷化镓衬底具有优良的特性，广泛应用于光电子和微电子领域。砷化镓是砷与镓的化合物，属于 III-V 族化合物半导体材料，使用砷化镓衬底制造的半导体器件，具备高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率、抗辐射、高击穿电压等特性，因此砷化镓衬底被广泛用于生产 LED、射频器件、激光器等器件产品。
砷化镓衬底的应用可以分为三个阶段：第一阶段自 20 世纪 60 年代起，砷化镓衬底开始应用于LED 及太阳能电池，并在随后 30 年里主要应用于航天领域；第二阶段自 20 世纪90 年代起，随着移动设备的普及，砷化镓衬底开始用于生产移动设备的射频器件中；第三阶段自 2010 年起，随着 LED 以及智能手机的普及，砷化镓衬底进入了规模化应用阶段，2017 年 iPhoneX 首次引入了 VCSEL 激光器（垂直腔面发射激光器）用于面容识别，生产 VCSEL 需要使用砷化镓衬底，砷化镓衬底应用场景再次拓宽到消费电子市场。
砷化镓产业链上游为砷化镓晶体生长、衬底和外延片生产加工环节。衬底是外延层半导体材料生长的基础，在芯片中起到承载和固定的关键作用。生产砷化镓衬底的原材料包括金属镓、砷等，由于自然界不存在天然的砷化镓单晶，需要通过人工合成制备；砷化镓衬底生产设备主要涉及晶体生长炉、研磨机、抛光机、切割机、检测与测试设备等。砷化镓产业链下游应用主要涉及 5G 通信、新一代显示（Mini LED、Micro LED）、无人驾驶、人工智能、可穿戴设备等多个领域。
受益于下游市场需求不断拓宽，砷化镓衬底市场规模有望持续增长。20 世纪90 年代以来，砷化镓技术得以迅速发展，并逐渐成为最成熟的半导体材料之一，但长期以来，由于下游应用领域的发展滞后，市场需求有限，砷化镓衬底市场规模相对较小。2019 年后，在 5G 通信、新一代显示（MiniLED、MicroLED）、无人驾驶、人工智能、可穿戴设备等新兴市场需求的带动下，未来砷化镓衬底市场规模将逐步扩大。
根据 Yole 预测，激光器是砷化镓衬底未来五年最大的应用增长点之一。预计到 2025 年，全球激光器砷化镓衬底（折合二英寸）的市场销量将从2019 年的 106.2 万片增长至 330.3 万片，年复合增长率为 20.82%；预计到 2025年，全球激光器砷化镓衬底市场容量将达到 6100 万美元，年复合增长率为 16.82%。
铌酸锂：电光调制器重要材料
铌酸锂晶体的压电性能、光电效应十分优异，是重要的无机材料。铌酸锂是一种无机物，化学式为 LiNbO3，是一种负性晶体、铁电晶体，经过极化处理的铌酸锂晶体具有压电、铁电、光电、非线性光学、热电等多性能的材料，同时具有光折变效应。铌酸锂晶体是用途最广泛的新型无机材料之一，它是很好的压电换能材料，铁电材料，电光材料，在声学滤波器中和光通讯中都有重要应用。
铌酸锂材料产业链包括上游晶体生长、中游制造加工和下游应用。上游材料端，首先通过氧化铌制备铌酸锂单晶，然后通过提拉法生长铌酸锂晶体，也可以通过离子切片等方法制备铌酸锂单晶薄膜；中游制造加工主要是铌酸锂调制器芯片及器件制造，包括体材料铌酸锂调制器和薄膜铌酸锂调制器；下游主要应用于光通信、光纤陀螺、超快激光器、有线电视等领域。
光信号调制是光模块的必要功能，电光调制器包括内调制和独立调制两种模式。光信号调制是光模块的必要功能，通过将信号加载在光波上，实现了可靠高速的光通信，但是调制器不是光模块中的必要器件，在短距离场景下，可以采用内调整的方式替代独立的调制器。内调制或直接调制是直接控制激光器泵浦源，从而使激光的某些参量得到调制；独立调制器进行的外调制是指光输出光源的振幅和频率作为光载波经过光调制器，光信号通过调制器来实现振幅、频率和光学载波的相位调整。在中长距光通信场景中，特别是相干通信中，独立的调制器是必要器件。
目前行业内的主流电光调制器有三种，其基底分别采用硅、磷化铟和铌酸锂材料，并且根据其优缺点不同，可适用于不同通信距离的应用场景。比较来看，铌酸锂方案具有高带宽、低插损、高可靠性、较高消光比、工艺成熟等优点。基于硅基的调制器期限速率约为 60-90Gbaud，基于磷化铟的调制器可达到130Gbaud，而基于铌酸锂的调制器可能超过 130Gbaud。受材料性质所限，硅基方案存在插入损耗高、存在温漂等问题，因而主要应用在短距离；磷化铟方案主要是通过牺牲一定的参数从而在中短距离传输中替代铌酸锂。铌酸锂调制器在长途相干光传输和超高速数据中心的场景具备良好的竞争力，主要用在100Gbps 以上的长距骨干网相干通讯和单波 100/200Gbps 的超高速数据中心中。
随着光通信系统的不断升级和流量继续快速攀升，当前的高速通信系统对铌酸锂调制器产生了新的要求，包括更高调制速率以及小型化、集成化，薄膜铌酸锂调制器优势凸显。传统块状铌酸锂制作的体铌酸锂电光调制器，存在着一些技术上的局限性：其一体积大，无法满足器件微纳化的发展需求；其二性能难提升，无法适应大容量通信网络的快速发展。薄膜铌酸锂调制器相比于体铌酸锂调制器，既能解决传统铌酸锂块材料器件尺寸过大、不利于集成的问题，又能兼容成熟的硅基光子学工艺，与其它集成光子学器件实现片上集成，在光通信高速率发展背景下优势凸显。
AI 产业化趋势驱动光通信传输速率持续提升，打开铌酸锂调制器市场需求。铌酸锂调制器适合数据中心中高速传输应用场景，有望受益于 AI 产业化所拉动的巨大算力基础设施需求实现快速发展。同时薄膜铌酸锂调制器能实现更小尺寸的封装，适应于未来核心网络端口密度不断加大的需求，预计全球光模块用铌酸锂调制器市场空间持续增长。据华经产业研究院数据，2021 年全球光模块用铌酸锂调制器市场规模约 3.37 亿美元，预计到 2025 年将达 8.85 亿美元。2021-2025 年CAGR 约 27.3%。
金属基复合材料：光芯片基座重要材料
金属基复合材料可以将金属基体较高的热导率和增强相材料较低的热膨胀系数结合起来，通过改变增强相种类、体积分数、排列方式或者复合材料的热处理工艺，制备出热物理性能与电子器件材料相匹配的封装材料。
在集成电路中，封装起着芯片保护、芯片支撑、芯片散热、芯片绝缘以及芯片与外电路连接的作用，电子封装材料的研究重点经历了金属、陶瓷、塑料、复合材料的变化，微电子和半导体器件对封装材料要求越来越高，加速了先进金属基复合材料的发展。金属基电子封装材料由基体和增强相两部分组成，基体一般为金属 (如铝、铜、镁)及其合金，增强相主要为碳(如碳纤维、金刚石、碳纳米管)、陶瓷(如碳化硅、氮化铝)及金属(钨、钼)等。这些基体合金具有良好的导热性能、可加工性能以及焊接性能，而增强相具有较好的热膨胀性能、良好的化学稳定性、高强度、低密度以及与基体金属较好的润湿性，从而确保金属基复合材料具有优异的热物理性能和封装性能。
钨铜合金和钼铜合金为目前应用最广泛的金属基电子封装材料，铝碳化硅（SiC/AI）和铝硅（Si/AI）合金复合材料为新兴金属基电子封装材料，金刚石/铜复合材料有望成为下一代电子封装材料。
光芯片基座是光模块部件中重要的散热部件，光模块往高速率迭代驱动光芯片基座材料升级迭代。光模块是 5G 承载网络、数据中心互联和全光接入网络的基础构成单元，它由光器件、功能电路和光接口组成，主要功能为完成光信号的光电、电光转换，主要用于电信传输、数据中心和 5G 基站。
光模块中有三大核心部件，光芯片、激光器和光棱镜，此三大部件对光芯片基座载体材料的散热系数和热膨胀系数有着苛刻的要求。光模块目前主要以 200G 以下为主，200G 及以下对于芯片基座材料的散热要求不高，低膨胀高导热的可伐合金( Kovar）可以满足要求，400G以上光模块芯片对散热要求大幅提高，需要具有低膨胀更高导热特性的新材料来满足要求，不同成份的钨铜合金可以满足 400G、800G、1.6T 光模块需求，大于1.6T 的光模块需要更优异性能的金刚石/铜复合材料才能满足要求。用于光模块芯片基座的钨铜材料主要技术要求是超细钨粉均匀弥散分布在铜相中，并且材料要求高洁净度、高致密度，不允许有任何气孔、夹杂、钨颗粒团聚，这些缺陷都会严重影响光模块组件焊接和使用性能。
目前市场上普通的钨铜材料无法满足这些精细要求，而且良品率低。斯瑞新材采用 3D 打印骨架、真空熔渗定向凝固、微精密加工、自建专用镀金线满足了这一细分市场的特殊需求。在此基础上，斯瑞新材正在研发低成本批量生产金刚石/铜复合材料工艺，为 1.6T 以上光模块大批量应用储备能力，以支撑未来更高性能 GPU 的快速发展需求。
