国内晶体生长设备龙头晶盛机电

晶盛机电晶体生长设备领跑者，技术规模实现领先

长晶设备龙头，设备与材料齐飞。晶盛机电成立于 2006 年，是国内晶体生长设备领域 的龙头企业。

公司立足晶体生长设备的研发、制造和销售，开拓晶体硅生长设备和加工设 备在光伏和半导体领域的应用，布局蓝宝石、碳化硅新材料产业，围绕“新材料，新装备” 不断进行产业链延伸。

公司营业收入稳步增长，净利润增速触底回升。根据公司业绩快报，2021 年公司营业 收入达到 59.61 亿元，再创历史新高。

公司围绕“先进材料、先进装备”的发展战略，受 益于光伏行业持续发展，硅片厂商积极扩产，半导体设备国产替代进程加速，公司光伏设 备、半导体设备订单量大幅增长，蓝宝石材料及辅助耗材业务也初露锋芒。

光伏行业持续发展，半导体产业景气上行，公司单季度净利润持续创新高。2020 年下 半年公司利润开始扭转下降势头，同比增速转正。

根据公司年度业绩快报，2021Q4 公司 归母净利润达到 6.08 亿元，同比增长 82.04%，环比增速为 19.22%，单季度净利润创历 史最高水平。

主营产品晶体硅生长设备，具有较高的产品附加值。2021 年第三季度毛利率 40.38%， 净利率为 30.31%。毛利率与净利率均维持较高水平，随着大尺寸蓝宝石晶体的制备成功， 蓝宝石材料业务的毛利率存在上升空间。

各单季度 ROE 持续提升，期间费用率控制较好。2021Q3 单季度 ROE 达到 8.58%， 盈利能力不断提升。

公司控制三项费用已取得明显效果，2021 年前三季度三项费用总计 1.51 亿元，占营业收入比例较 2020 年前三季度下降 2.10%，其中主要为销售费用和财务 费用的减少。

晶体硅生长设备营收超越同行。经过多年来的快速发展，无论规模上还是技术上晶盛 机电在同行业中都占据了绝对优势，已经成长为晶体硅生长设备领域的龙头企业。2020 年 晶盛机电晶体硅生长设备的营业收入达 26.23 亿元，规模远超可比公司。

材料设备多元发展

主营产品涵盖硅材料、碳化硅和蓝宝石领域。在硅材料领域，公司专注于光伏和集成 电路领域两大产业的系列关键设备。

包括全自动晶体生长设备（直拉单晶生长炉、区熔单 晶炉）、晶体加工设备（单晶硅滚磨机、截断机、开方机、金刚线切片机等）、晶片加工 设备（晶片研磨机、减薄机、抛光机）、CVD 设备（外延设备、LPCVD 设备等）、叠瓦 组件设备等；

在碳化硅领域，公司的产品主要有碳化硅长晶设备、抛光设备及外延设备； 在蓝宝石领域，公司可提供满足 LED 照明衬底材料和窗口材料所需的蓝宝石晶锭、晶棒和 晶片。

公司还建立了以高纯石英坩埚、抛光液及半导体阀门、管件、磁流体、精密 零部件为主的产品体系以配套半导体关键零部件、辅材耗材方面的需求。公司还开发了数 字化工厂解决方案，提供本地化服务。

主营业务多元化发展。随着业务的不断拓展公司于 2013 年成功研发首台切磨复合加工 一体机和新款蓝宝石晶体炉，为公司业绩带来了新的增长点，晶体硅生长设备的收入占比 在 2015-2016 年下降到 67.2%和 61.9%。

近两年光伏和半导体市场景气上行，硅片需求 拉动了晶体硅生长设备的生产和销售。2020 年晶体硅生长设备占比 69%，智能化装备和 蓝宝石材料分别占比 14%和 5%，形成了主营业务突出且多元化经营的发展模式。

受益下游光伏硅片行业扩产红利，晶体硅生长设备的收入规模持续扩张。2020 年晶体 硅生长设备实现营业收入 26.23 亿元，同比增长 20.69%。

得益于光伏和半导体市场的强烈 需求，连续 6 年均维持在 10%以上的增速。从销量上看，2020 年晶体硅生长设备完成销 售 1804 台，比2019 年同期增长 23.82%。

晶体硅生长设备的毛利率相对较高。公司智能化装备的毛利率稳定在 37%左右，蓝宝 石材料作为 2015 年后的新业务，毛利率呈上升趋势。2021 年前三季度，公司蓝宝石材料 产品毛利率 21.78%。

蓝宝石材料市场的竞争较为充分，行业毛利率普遍较低，但随着公司 的超大尺寸蓝宝石晶体研制成功，该项业务的毛利率稳步提升。

公司研发进展顺利

晶盛机电注重产品研发与技术创新。公司研发费用支出和研发人员数量保持双增长。 2021Q1-Q3 研发费用达到 2.47 亿元，研发费用率达 6.2%。2020 年公司研发人员数量占 比达到 26.55%，同比上升 0.81pct。

截止 2021 年 6 月 30 日，公司及下属子公司获授权 的专利共计 476 项，其中发明专利 61 项。公司不断加强产学研合作。

2015 年与浙江大学 机械工程学院共建“机电装备创新研究中心”，2019 年与浙江大学共同成立“晶盛专项基 金”，2020 年 9 月与蓝思科技达成合作，充分发挥公司行业领先的技术和成本优势。

技术研发、产品开拓取得进展。2020 年、2021 年在国内外市场均受到疫情冲击的大 背景下，公司不断开拓新产品。

2021 年公司成功研制出新一代环形金刚线截断机、新一代 环形金刚线开方机、对单晶硅棒磨面倒角一体机进行了技术升级、研发出半导体用 12 英寸 硬轴直拉硅单晶炉、光伏硅片脱胶插片清洗一体机。

晶盛机电在半导体材料装备领域保持技术与市场双领先的同时，蓝宝石晶体材料产业 也稳步发展。2017 年国内首颗 300kg 晶体面世，2020 年 12 月 700kg 级晶体成功出炉， 再次刷新纪录，实现长晶技术三级跳。

既是公司蓝宝石晶体生长技术达到世界领先水平的 标志，更是进一步推动蓝宝石材料技术发展，提高我国在蓝宝石材料相关产业的核心竞争 力。

2020 年 11 月，公司与全球高端视窗、防护面板、消费电子的引领者蓝思科技共同投 资了宁夏鑫晶盛项目。

2021 年 12 月，鑫晶盛年产 3500 吨工业蓝宝石制造加工项目首批 晶体成功下线，标志着全球最大工业蓝宝石生产基地正式投产。

光伏业务在手订单充沛，光伏硅片行业大发展

光伏发电是利用硅片的光伏效应，将阳光辐射能直接转换为电能的发电形式。光伏发 电技术路线主要包括晶体硅光伏发电和薄膜光伏发电其中晶体硅光伏发电包括单晶硅片发电和多晶硅片发电。

光伏单晶制备需对晶棒进行截断切方，无需经历倒角磨片步骤。单 晶硅片的优势在于晶体完整，光学和电学性质均一，机械强度更高，且光电转换更高效。

除单晶硅片外，光伏领域还采取多晶硅铸锭的技术制备多晶硅片。石英多晶硅经提纯后进 入坩埚中熔化，在多晶硅铸锭炉中完成铸锭，接下来经过开方、切片、磨片和抛光等步骤 完成硅片制备，进而组装成光伏电池组件。

单晶硅是半导体芯片和器件制备中最基础的材料，晶体硅生长设备是硅片生产核心设 备。

超纯单晶硅是本征半导体，可以通过掺杂 IIIA 族和 VA 族元素分别形成 p 型和 n 型硅 半导体，进而组成 p-n 结，具有单向导电特性，因此高纯度的单晶硅常用来制备光伏或半 导体硅片。

硅片在现代硅基工业中扮演着重要角色。其制造工艺可分为多晶硅提纯、单晶 硅生长以及硅片成型三大环节，其中晶体硅生长设备直接决定了后续硅片生产的效率和质量，是硅片生产过程中的核心设备。

常用的单晶硅制备方法包括直拉法（CZ 法）和区熔法（FZ 法）两类，其中直拉法是 最常用的制备工艺。

将高纯度的多晶硅在石英坩埚中进行高温熔化，然后将单晶硅籽晶插 入熔体中进行熔接，通过转动籽晶和坩埚，经过引晶、缩颈、放肩和收尾等步骤形成单晶 硅棒。

直拉法的优势在于更适合大尺寸单晶硅棒的拉制，生长速率较快，单台设备价值相 对较低。

区熔法是利用热能在多晶硅锭的一端产生熔区，熔接单晶籽晶，再通过调节温度使得熔区缓慢向上移动，生长成晶向与籽晶相同的单晶硅棒，具体工艺分为水平区熔法和立式悬浮区熔法。

由于区熔法不需要坩埚，而是在气氛或真空炉中进行，产品的纯度更高，不易受氧、碳等杂质影响，因此区熔硅片常用做 IGBT 功率半导体器件的原材料。然而受晶体 生长机制的限制，区熔法通常适用于 8 英寸以下单晶硅棒的制备。

晶盛机电拥有先进的光伏晶棒及硅锭加工设备。根据公司官网披露，加工一体机高度 集成了多种分体设备的功能，以 WCG700-ZJS 单晶硅棒切磨复合加工一体机为例。

按年产 300MW 计算，原需开方机、平面磨床和滚磨机共 21 台，而一体机仅需 5 台即可完成，平 均每 MW 产能的设备投资仅为分体设备投资的 1/3，有效降低了加工成本。

金刚线切割技术的应用，完善了大尺寸硅片的切片工艺，具有割痕窄、硅耗少、切割应力小、断面平整、 成品率高等诸多优点。

一体化加速产能竞赛

一体化企业纷纷发布扩产计划，开启产能竞赛作为晶盛机电最大客户，中环股份于 2021 年启动宁夏中环光伏材料有限公司 50GW（G12）太阳能级单晶硅材料智慧工厂项目。

晶科、晶澳、通威等一体化企业也都发布了相应的硅片扩产计划。据统计，众多光伏龙头 企业在 2021 年投产项目的总规模已超过 300GW。

2022 年，隆基股份发布了年产 20GW 单晶硅棒和切片项目，晶澳科技发布了越南 2.5GW 拉晶及切片项目，京运通无锡基地新建 项目进行硅片产能扩产，硅片产能扩建不断深化。

大尺寸光伏硅片逐渐成为主流，设备企业在技术迭代中显著受益。2019 年 8 月中环股 份推出了全球首发的 M12、M10、M9 等“夸父”系列大硅片新产品。

其中，M12 系列产 品是中环股份向全光伏行业推出的最新研制的 12 英寸超大硅片。M12 为 12 英寸超大钻石 线切割太阳能单晶硅正方片，对角线 295mm、边长 210mm，相较于 M2 面积增加 80.5%。

同时，M12 单晶硅片应用在光伏组件上，将获得更高的组件输出功率，例如，6×10 半片 组件主流功率可以达到 580W，如果叠加 N 型技术，组件功率可以提升到 615W。

作为中环股份的核心设备供应商，公司在 12 寸大硅片技术迭代中显著受益。尤其是公 司的代表产品晶体硅生长炉，与其他设备不同的是，其不能通过技术改造来完成产品的更 新换代。

一旦硅片尺寸发生显著变化，晶体硅生长炉必须进行完全的更新换代。因此在本 轮大硅片技术迭代浪潮中，公司作为晶体生长设备企业将会显著受益。

公司在手订单饱满

公司与国内外大型知名光伏企业保持深入的合作关系。除了跟中环光伏、晶澳、荣德 等国内主要光伏企业深入合作，落地了双良的 22.4 亿订单之外。

晶盛机电还与土耳其韩华 凯恩公司合作，向海外输出高端长晶设备。通过与全球大型光伏企业的合作，强化了公司 的行业领先地位，进一步开拓了国际市场。

公司合同负债与存货处于历史高位。根据 2021 年三季报披露，公司前三季度新签订单 达 160 亿元，其中 Q3 单季度新签 81 亿元，较 2020 年同期实现较大增长。

2021Q3 期 末公司在手订单 177.60 亿，相比 2020 年半年报期末的 114.5 亿显著增长。2021Q3 期末合同负债 38.34 亿元，同比 2020 年 20.03 亿元上升 91.35%。在手订单与合同负债的增长 都为公司未来业绩增长提供了有力保障。

半导体业务工艺厚积薄发，半导体长晶壁垒更高

半导体级单晶硅对纯度要求较高。单晶硅的制备通常以天然的多晶硅石英砂作为原料， 经过冶炼和提纯形成单晶硅。

光伏级单晶硅的纯度要求一般为“6 个 9”（即 99.9999%）， 而半导体级单晶硅对纯度要求通常在“11 个 9”以上，对提纯和冶炼环节提出了更高的技 术要求。

公司半导体设备不断实现突破。公司于 2012 年实现半导体级单晶硅棒的拉制。公司自 成立以来一直鼓励创新，积累核心技术，多个产品已经可以媲美国外先进半导体设备。

公司在减薄机方面，技术参数已经达到了国际先进水平。公司也是国内少数有能力生产双面抛光设备的企业之一，产品可以对标国内市占率处垄断地位的德国双面抛光加工设备。

公司边缘抛光机的晶片全自动上下料技术、晶片吸附面印记消除技术、离心旋转抛光技术等 核心技术，均自主可控，且相关技术、产品获得授权有效实用新型专利 5 项。

公司通过多 年技术攻关，成功解决了半导体双面研磨机、边抛机、双面抛光机、最终抛光机等“卡脖 子”技术难题。晶盛机电在国内单晶硅生长炉领域处于领先地位，技术工艺可比肩国际龙头。

放眼全球，日本 Ferrotec 公司等是单晶硅生长炉的主要企业，Ferrotec 公司的主打产品是 8 英寸 单晶硅生长炉，其产品优势于磁性流体技术的应用。

晶盛机电半导体在手订单饱满。2020 年四季度起，公司半导体订单规模大幅增长，公 司 2021 年三季报披露，截止 2021 年 9 月 30 日，公司未完成合同总计 177.6 亿元为历史 最高水平，其中未完成半导体设备合同 7.26 亿元。

根据公告披露的交付时间并考虑验收周 期，公司半导体订单预计进入收获期。晶盛机电在投料量、拉晶尺寸方面具备优势。

目前晶盛机电的主打产品可以实现 300kg 以上的投料量，并且能够拉制 12-18 英寸的超大尺寸单晶硅棒。晶盛机电代表着国 内半导体单晶硅生长炉的最先进制造技术，与国际龙头企业相比无明显差距，有望率先实 现国产化目标。

晶盛机电在晶体生长、切片、抛光、外延等晶片材料环节已基本实现 8 英寸设备的全 覆盖和国产化替代，12 英寸长晶设备及部分加工设备也已实现批量销售，产品质量已达到 国际先进水平。

伴随着 2021 年以来全球半导体硅片行业的供需矛盾，产能紧张延伸至设备 端，以及国产替代的进程加速，公司的竞争地位将有望得到进一步提升。

设备国产化势在必行

半导体硅片又称硅晶圆，是制作集成电路的关键原料，其需求受半导体产业快速发展 而大幅提升。根据SEMI 的统计数据，2021 年全球半导体材料市场总体规模为 643 亿美元。

其中中国台湾地区半导体材料规模占全球比重为 22.9%，继续位居全球第一；大陆地区半 导体材料规模占全球比重为 18.6%，首次跃居全球第二。

半导体硅片是半导体材料市场中价值体量最大的细分市场，2020 年全球半导体硅片市 场约占 33%的市场份额。

硅片向大尺寸发展。通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成集成电路和各 种半导体器件。在摩尔定律的驱动下，硅片直径尺寸呈现从 6 寸—8 寸—12 寸的路径变化， 目前 8 寸和 12 寸是全球半导体硅片主流尺寸。

目前国产硅片供应商主要是集中在供应 8 英寸及以下硅片，无法满足 12 寸主流需求。 国内大硅片牢牢掌控在海外厂家手中，这对国内半导体产业国产化而言始终是一大隐患。 因此，推动半导体产业发展，上游材料端必须与之配套，确保加快国产化进程。

日本与中国台湾厂商主导全球半导体硅片市场。根据 SEMI 数据，2020 年全球前五大 半导体硅片厂商分别为日本的越化学，市占率为 27.53%；日本盛高(SUMCO)市占率为 21.51%；

中国台湾地区的环球晶圆，市占率 14.8%；德国 Siltronic 以及韩国的 SK Siltron， 市占率分别为 11.46%和 11.31%，其中日本地区两家公司合计市场份额超过 45%，前五大 厂商一共占据全球半导体硅片市场超过 85%的份额。

2021 年 2 月，环球晶圆收购 Siltronic 50.8%股份，按合并后营收规模来看，环球晶圆与 Siltronic 市场份额居第二位，占比 26.26%。

国内发展半导体产业所需的硅晶圆大部分进口自日本。根据日本海关披露的数据，随 着国内半导体产业快速发展，中国大陆进口自日本的硅晶圆金额占日本出口总量的比例从2016 年的 10%左右提升到了 2021 年的 19.69%。

国内半导体硅片对日依赖度较高，中国 硅片自有产能建设迫在眉睫。我国半导体硅片国产化迫在眉睫。而 2019 年底修订后的《瓦森纳协定》更加剧了国内 大尺寸硅片进口的风险。

《瓦森纳协定》又称《瓦森纳安排》，是由美国等少数成员国组 成的非正式国家组织，用于监督和控制成员国的常规武器或双用途物品出口及相关技术转 让。实际上多年来其已经成为我国与其成员国之间开展高技术国际合作的掣肘。

2019 年年 底《瓦森纳安排》进行了新一轮的修订，增加了两条有关半导体领域的出口管制内容，主 要涉及计算光刻软件以及 12 寸硅晶圆的切割、研磨、抛光技术，目标直指正在崛起的中国 半导体硅片产业。

目前中国正在集中建设的硅片产能主要就是 8 寸和 12 寸产线，我国半导 体硅片国产化正当时。唯有国产生产设备行业崛起，才能根本上解决国内半导体上游材料过去长期受制于进 口的局面。

通过日本海关出口数据，同样可以发现日本出口到中国大陆的硅晶圆加工设备 金额迅速抬升，且过去 4 年销售单价大幅提高，大大增加了我国自有半导体硅片产能建设 的设备投资成本。因此，半导体上游设备的国产化迫切程度甚于半导体硅片本身。

硅片扩产带动设备需求

全球硅晶圆出货面积创历史新高。根据 SEMI 公布的最新数据，2021 年硅晶圆总出货 量超越 2020 年的 124 亿平方英寸，达到 142 亿平方英寸，出货量成长幅度年增 14％。

全球晶圆产能的持续增长，为硅片市场带来了大量需求。受到晶圆需求的驱动，硅片 企业纷纷加大了产线投资。根据 SEMI 数据，2021 年全球硅片产能为 2160 万片/月（等效 为 8 寸），同比增速达到 3.70%。

晶圆和硅片厂商的大力扩产，势必将有力拉动硅片厂设备投资。根据 SEMI 于 2021 年 12 月 31 日的数据，全球半导体硅片设备总销售额预计到 2021 年将增长 43.8%，达到 880 亿美元的新行业纪录。

随后在 2022 年增长 12.4%，达到约 990 亿美元，预计 2023 年晶 圆厂设备将小幅下降-0.5%至 984 亿美元。我们统计了 2021 年已上市/待上市的硅片企业的融资计划。

随着下游企业密集上市或 启动再融资计划，半导体硅片产业进入投资高峰期，设备需求有望迎来加速增长。定增加码半导体业务，强化半导体设备材料优势。

根据公司 2022 年 3 月定增说明书， 公司拟募集资金 14.2 亿元用于 12 英寸集成电路大硅片设备测试实验线项目、年产 80 台 套半导体材料抛光及减薄设备生产制造项目（年产 35 台半导体材料减薄设备、年产 45 台 套半导体材料抛光设备）以及补充流动资金。

预计定增将提升公司产能，贡献新盈利增长点。预计项目完成后，测试中心将覆盖国 内及国际标准需求的 12 英寸集成电路大硅片全自动晶体生长炉、单晶硅截断机、单晶滚磨 机、金刚线切片机、研磨机、减薄机和抛光机等设备的综合性能试验。

可改善公司测试条 件，推动硅片设备工艺改进。通过该项目扩大生产 8-12 英寸减薄机和边缘抛光机、双面抛 光机、最终抛光机。

盈利预测与投资分析意见

考虑到定增存在不确定性，同时募投项目建设周期较长，贡献收入相对有限，22-23 年盈利预测不包含 2022 年 3 月正在问询阶段的募投项目可能产生的收入。

晶盛机电主营业务分为晶体生长设备；智能加工设备；设备改造服务；4蓝 宝石材料。其中晶体生长设备为核心业务。

晶体生长设备目前光伏硅片产能集中在我国，制造设备以国内企业为主。半导体 设备仍然主要从日韩、欧美进口，国内厂商起步较完。

在光伏领域，公司可提供晶体加工 各工艺步骤所需的全套智能化加工设备，技术领先。在半导体领域，公司 12 英寸长晶设备 及部分加工设备也已实现批量销售，产品质量已达到国际先进水平。

考虑到光伏大硅片扩 产和半导体硅片投资启动，结合公司在手订单，预计该业务 2021-2023 年营收增速分别为 78/68/40%。考虑到原材料价格和产品结构优化，同时考虑行业竞争情况，预计该业务 2021-2023 年毛利率分别为 42/41/41%。

智能加工设备该业务主要为后道加工设备，在半导体领域，晶盛机电在晶体生长、 切片、抛光、外延等晶片材料环节已基本实现 8 英寸设备的全覆盖和国产化替代，12 英 寸长晶设备、滚圆、切断、研磨和抛光等设备已通过客户验证并实现销售，公司产品质量 国际先进。

在光伏领域，公司产品线全面，可提供硅棒生产所需的晶体硅生长设备，以及 后续加工至硅片的各工艺步骤所需的全套智能化加工设备。

随着半导体行业国产替代进程 加速，光伏行业扩产持续，预计该业务 2021-2023 年营收增速分别为 30/35/40%。考虑 到原材料成本因素和产品效率提升，预计该业务 2021-2023 年毛利率维持在 38%。

设备改造服务2020 年公司设备改造业务营收 1.02 亿元，考虑到存量设备逐年增 多，对应存量更新升级需求增加，我们预计该业务 2021-2023 年营收增速分别为 15/15/15%。考虑到原材料成本因素与效率提升，预计该业务 2021-2023 年毛利率维持 在 33%。

蓝宝石材料2020 年公司蓝宝石业务营收 1.94 亿元，增速 194%。2020 年公司 出资 2.55 亿元，与蓝思科技成立合资公司，开展蓝宝石制造、加工业务，并已投产，公司 具备全球最大的 700Kg 蓝宝石生长能力，具备核心技术优势。

考虑到晶盛机电与蓝思科技 合作的蓝宝石项目预计于 2021-2022 年实现产能释放，预计该业务 2021-2023 年营收增 速分别为 30/75/50% 。考虑到原材料价格成本因素和规模效应释放，预计该业务 2021-2023 年毛利率维持在 21%。

晶盛机电是国内长晶设备龙头，下游客户为全国知名光伏和半导体硅片企业。我们选 取迈为股份和捷佳伟创作为可比上市公司。迈为股份的主 要业务是智能制造装备的设计、研发、生产与销售，主营产品为太阳能电池生产设备。

捷 佳伟创是一家国内领先的从事晶体硅太阳能电池设备研发、生产和销售企业，主要产品包括 PECVD 及扩散炉等半导体掺杂沉积工艺光伏设备、清洗、刻蚀、制绒等湿法工艺光伏设 备以及自动化（配套）设备、全自动丝网印刷设备等晶体硅太阳能电池生产工艺流程中的 主要及配套设备。

两家公司在晶体硅生产设备与光伏智能化设备业务上与晶盛机电较为相近， 且都是相关领域的领先者，因此具有可比性。