“材料”是引领硬科技领域革新的重要力量，是产品的血与肉。正如马克·米奥多尼克在《迷人的材料》一书所说，“拿掉混凝土、玻璃、织物、金属和其余材料，我就只能光溜溜地飘在空中发抖。”拿掉硬科技领域的各种材料，我们至今取得的所有成就都将不复存在。

无论在能源，还是半导体，国际化工、材料巨头住友均有着几十年乃至上百年的研发历史，也拥有可观的专利壁垒、核心工艺与品牌势能，成为今天国产替代话题中绕不开的供应商。

其从一家铜矿冶炼厂起家，在四百年间成为一家综合型硬科技公司，在先进材料领域成为不容忽视的存在。材料大厂住友的实力到底有多强？有哪些产品有待国产厂商取代和占领？

本文将拆解住友这家公司的架构，布局的重点先进材料和对应类型材料的中外产业现状。

作为一个企业联合体，住友集团是日本最古老的企业集团之一，拥有四百多年历史，与三菱集团、三井集团并列为日本三大经济集团。

建立初期，住友集团核心企业为住友银行、住友金属工业（现已离开集团）及住友化学三家企业，被称为“住友御三家”。近年随着各家企业合并及业务变化，前述三家企业被住友商事、住友电气工业及NEC取代，并诞生了“住友新御三家”。

住友化学作为集团先进材料的主体公司，成立于1913年，前身是肥料制造所，现发展为综合化工企业，材料方面涵盖石油化工、能源、半导体、医药等。同类企业有德国巴斯夫、美国亚什兰、美国Arch化学品、德国默克，日本关东化学、三菱化学、京都化工等。

据住友化学2022年H1财报显示，公司主要划分为必需化学品部门、能源·功能材料部门、信息电子化学部门、健康·农业相关事业部门、医药品部门及其它六大部门，营收占比分别为30%、11%、14%、19%、21%、5%。

住友化学部门业务占比情况

超级工程塑料，又称作特种工程塑料，是上世纪60年代发展起来的一类综合性能优越的结构型耐热性工程塑料，具备高强度、高质量、耐辐射、耐化学药品和耐高温的特点。其最终目标是以塑代钢、以塑代木。

具体来说，超级工程塑料包括聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚芳脂（PAR）、聚酰胺-聚亚胺（PAI）、热塑性聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶聚合物（LCP）、高温尼龙（PPA）等。该行业技术壁垒高，生产过程涉及化学化工、新材料、自动化控制等学科。

工程塑料的金字塔结构

目前超级工程塑料中，品种型号最多的是聚酰亚胺（PI），已有几十个商业化品种；市场规模发展最快的为聚苯硫醚（PPS），国际市场售价约15万元/吨，已成为特种工程塑料中产量最大、售价最低的品种；最具开发潜力的为聚芳醚酮（PAEK），它始于1981年英国ICI公司，综合性能优异，但售价较贵，目前处于下游开拓期，正从高可靠领域拓展至民用市场。

住友化学的超级工程塑料产品包括用于电子电气的液晶高分子聚合物（LCP）以及用于飞机制造、高性能分离膜材料、耐高温涂层的聚醚砜（PES），其产品具有高耐热性、高强度、高耐化学品性、高加工性能，能够满足轻量化、精密化材料要求。

住友电木的PPS树脂成型材料是以耐热性、耐化学品性的聚苯硫醚（PPS）为原料制成，可用于蓝光、DVD光学读取头。

我国超级工程塑料与国际存在一定差距，国际超级工程塑料研发始于20世纪60年代后期，而我国则起步于20世纪90年代中后期，多数产品对外依存度达70%以上。从产业结构上来看，中国基础树脂合成企业少，改性加工企业多，在技术上投入不足导致供应不足，专用料比例低，中低档产品多，关键核心产品高度依赖进口，且产研脱节。

2020年国内超级工程塑料需求量和进口依存度

另外，虽然中国已在聚醚醚酮 (PEEK) 、聚酰亚胺 (PI) 、聚苯硫醚 (PPS) 等部分树脂品种实现国产化，但研发主体多为科研院所，缺乏技术领军企业，专利技术总量偏低，关键技术储备不足，科研成果转换低。反观住友化学则持续在超级工程塑料领域申请新专利，不断巩固行业中地位。

2019年超级工程塑料专利申请情况

能源和电子是硬科技投资近年来争夺的主战场，材料领域更是突破不断。

以下，将逐一分析光刻胶、化合物半导体材料、半导体气体、锂离子二次电池材料、高纯铝、氧化铝、聚合物OLED材料、金刚石方面情况。

集成电路制造过程中，可以说，光刻和刻蚀是最重要的工艺，占芯片制造时间的40%~50%，占制造成本约30%。而光刻胶则是光刻过程中必需的材料，光刻胶质量直接影响半导体集成电路及器件的制程精度。

光刻胶主要分为两大类：不溶于显影液且在光源照射下变成可溶物质的，被称为正性胶；可溶于显影液且在照射下变成不可溶物质的，则为负性胶。

光刻胶主要原材料占比从大到小分别是溶剂（50%~90%）、树脂（10%~40%）、光引发剂（1%~6%）及添加剂（<1%）。

随着制程工艺升级，光刻胶也在不断进化，进化路径为g线（436nm）、i线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、EUV（13.5nm）。随着制程来到4nm，EUV光刻技术已成刚需，也就是说，谁能掌握EUV光刻胶，谁就能掌握住未来。

已发表科研论文中的EUV光刻胶性能汇总

当然，光刻胶也并非全部都用最高端，根据应用，光刻胶可分为半导体用光刻胶、平板显示光刻胶、PCB用光刻胶。

住友化学是老牌光刻胶企业，面对高端芯片广阔的市场空间，正向不断扩大在先进制程上的影响力。2021年8月，住友化学称，决定加强用于先进半导体工艺的光刻胶生产系统，除在大阪工厂扩建浸没型ArF和EUV光刻胶生产线外，还计划通过其全资子公司Toyu Finechem在韩国建立新的ArF浸没型光刻胶生产工厂。大阪工厂计划于2023财年上半年开始投产，韩国新厂计划于2024财年上半年开始投产。

住友电木则提供光刻胶用树脂（酚醛树脂），可提高用于半导体、LCD的光刻胶的敏感度、残膜率、分辨率、耐热性等指标。

我国光刻胶正面临极高技术壁垒和专利壁垒，目前以中低端产品为主，且未有企业能规模化量产EUV光刻胶。

数据显示，2021年国产光刻胶市场达93.3亿元，同比增长11.7%，高于同期全球光刻胶增速5.75%，预计2026年国产光刻胶在全球市场的占比，有望从2019年的15%左右提升到19.3%。

半导体拥有四代材料，第一代以锗和硅为代表；第二代以20世纪80年代和90年代相继产业化的砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）为代表；第三代以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表；第四代则是在2005年以后逐渐被重视的4eV以上的超宽禁带半导体材料，以氧化镓（Ga₂O₃）、氮化铝（AlN）和金刚石为代表。

相比硅基半导体，化合物半导体能够实现的性能更强，目前化合物半导体主要用于功率半导体、射频、LED领域，其中砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）被合称为5G时代双雄。

不同半导体材料的特性

住友化学主要提供砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）以及化合物半导体所需的其它材料，住友金属聚焦在碳化硅（SiC）材料上，而住友电工则生产砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）与氮化镓（GaN）的基板，市占率均为全球前列。

我国化合物半导体具体情况如下：

• 砷化镓（GaAs）：技术最成熟、生产量最大的化合物半导体，广泛应用于射频、无线通信等。但砷化镓本身竞争力较弱，碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）射频器件已代替了大部分砷化镓和部分硅基LDMOS器件，占据大部分市场。中国企业起步晚，产业链话语权较弱，且大多为导电型砷化镓，国外产商则以半绝缘砷化镓为主，此外我国砷化镓代工产能已供过于求。

砷化镓产业链

• 磷化铟（InP）：技术含量高、生产难度大，应用包括二极管、晶体管、光模块、雷达激光器件、射频器件和传感器件。2020年全球磷化铟市场规模还不到10亿元，且集中度高，日本住友、日本能源、英国WaferTech、美国AXT占据全球主要市场份额，其中住友在2020年全球磷化铟市场份额第一，占比42%。中国磷化铟制备技术落后，大尺寸磷化铟晶圆生产能力不足，产能小。展望未来，光芯片、光模块将是主要增长点。

磷化铟产业链

• 氮化镓（GaN）：应用包括快充、新能源汽车等，而在射频领域有望逐步取代砷化镓的解决方案。头豹研究院统计显示，2021年中国氮化镓市场规模为303.1亿元，预计2026年将增长至1029.7亿元。从氮化镓晶圆到器件，国内不仅拥有众多老牌企业，也存在诸多新晋企业，近两年投融资动作频繁，基本实现国产替代。国产氮化镓的难点在于原材料成本高，高度依赖进口。

• 碳化硅（SiC）：应用包括汽车、充电设备、便携式电源、通信设备、机械臂、飞行器等。国产碳化硅起步晚，与国外整体技术水平相差5年~7年。不过，从碳化硅晶圆到器件，我国众多老牌企业已拓展碳化硅业务，也存在诸多新晋企业，近两年投融资动作频繁，在2~6英寸的半绝缘型和导电型碳化硅衬底领域已实现部分国产替代，8英寸晶圆在研中。

半导体生产工艺极为复杂，不论是集成电路、存储器、功率半导体还是LED，都需要大量大宗气体和电子特气。以半导体芯片制造为例，涉及电子大宗气体如氮气、氢气、氩气、氦气、氧气和二氧化碳等，电子特气如氖气、氪气、氙气等。

半导体气体是半导体制造的血液，几乎每个环节都离不开这些气体，如清洗、沉积/CVD、光刻、刻蚀、离子注入、成膜等工艺，可以说，这些气体对半导体器件的性能、集成度、成品率起着决定性作用。从价值上来看，半导体气体也是产业供应链中仅次于硅片的第二大市场需求，在半导体用材料市场占比达14%，每年用于半导体的电子特气超过50亿美元。

半导体气体纯度要求严格，常用N表示气体纯度，如6N代表气体纯度为99.9999%，纳米级集成电路普遍需要达到5N以上的纯度。 高质量半导体气体的核心和难度在于提纯、储运和纯度检测。