1960年，在休斯顿举办的德州电化学学会研讨会上，巴特尔研究室的工程师，小约翰·布洛彻提出了一种用于制备薄膜的工艺——Chemical Vapor Deposition（CVD）。
之后的数十年里，CVD工艺飞速发展，衍生出LPCVD、PECVD、MOCVD等多种技术分支。
CVD的成膜过程是以气体化合物为薄膜材料，在基板表面发生化学反应生成固体沉积物附着在基板表面，气体副产品则通过保护气体形成的气流吹走。
由于空气中的氧气、氮气及其他杂质气体也可能会参与基板表面的化学反应，为了制备高纯度薄膜，CVD通常也需要在一定的真空条件下进行。
APCVD（Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition），常压化学气象沉淀法，通常是指在标准大气压下利用气体化合物在固体基板上发生化学反应生成薄膜的工艺。由于标准大气压下气体分子密度较高，APCVD法沉积速率极快，高达600-1000nm/min。
进行APCVD之前一般需要用不参与反应的惰性气体（常用氮气、氩气等）清洗腔室，再通过该惰性气体作为载气运输反应气体。
同时，由于标准大气压下气体分子间碰撞频率较高，成膜速度过快，且容易发生不必要的杂质气体反应生成副产物，因此不太适用于对成膜质量要求较高的场合。
APCVD设备的构成包括反应腔（石英炉）、真空泵、气路系统、检测系统和尾气处理系统等。
APCVD在工业上的成熟应用包括二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、非晶硅薄膜、硅化钛薄膜等。
LPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition），低压力化学气相沉积法是将反应气压控制在50-133Pa（千分之一个标准大气压左右及以下）下。
由于低气压环境下气体分子密度降低，反应速率较低，同时也减少了反应副产品的产生，提高了成膜质量。
LPCVD相比APCVD需要更高的反应温度，因此能耗更高，对反应腔的耐高温性要求较高，实际反应过程与APCVD差异较小。
APCVD是最早出现的CVD方法，适用于微米级材料覆膜沉积，现逐渐被成膜质量更好的LPCVD取代。
目前国际市场中APCVD的核心企业为北方华创（Naura）、SPTS Tech（KLA旗下公司）、德国Schmid、Amaya、Aviza Technology和拓荆科技（Piotech）。
在IC集成电路领域，国际厂商主要包括ASM、TEL、日立国际电器和AMAT。
国内主要厂商为北方华创和盛美上海，中微公司目前正在研发中。根据2020年市场公开信息，虽然北方华创属于国内LPCVD龙头，但国产替代率仅为2%左右。
*图片来源：集成电路产业全书
在光伏设备中，LPCVD主要用于TOPCon电池的氧化层钝化接触环节，目前国内拥有LPCVD设备技术的厂商主要有深圳拉普拉斯、捷佳伟创、普乐新能源和赛瑞达。
根据Maximize Market Research数据，2021年全球薄膜沉积市场规模为190亿美元，CAGR15.7%，2025年预计达到340亿美元。
根据LPCVD在薄膜沉积设备中约占11%规模估计，LPCVD全球市场规模2021年约20亿美元，2025年约为37.4亿美元。
PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition），等离子增强化学气相沉积法，是在反应腔内通过微波或射频等方式施加电场，使少量自由电子被加速轰击气体分子，从而将气体分子里的非自由电子激发产生链式反应，最终形成含有大量电子和离子的等离子体。
这些等离子体附着在基板表面，具有很高的化学活性，发生化学反应生成原子团。
随着反应的进行原子团逐渐成长成核岛，核岛与核岛之间的缝隙又继续通过反应物填充最终形成整个薄膜。
根据各技术路线PECVD设备特性可以知道，PECVD设备的构成包括反应腔、等离子体激发源（包括直接法的腔内电极和间接法的腔外激发源等）、气路系统、真空泵（分子泵等高真空率真空泵）、压力控制系统、检测和尾气处理系统。
PECVD设备的应用分别在集成电路领域和光伏TOPCon以及HJT异质结太阳能电池的制备中。
在集成电路领域，国际市场主要被美国应用材料（AMAT）、泛林半导体（Lam）、东晶电子（TEL）所垄断，约占全球市场规模的70%。
国内厂商中，目前已有设备并通过客户端验证的是拓荆科技和北方华创，其他仍在研究或样机交付中。
*图片来源：招商证券
光伏太阳能电池已经进入电池正表面微晶时代。国外设备提供商主要是德国Meyer Burger、日本ULVAC和美国AMAT。
目前，HJT电池主要采用板式PECVD结构，TOPCon电池可以采用管式或板式PECVD。
HJT电池多采用的板式PECVD设备，目前市场中具备出货能力的有迈为股份、理想万里晖和均石能源；捷佳伟创和金辰股份的样机仍在客户验证阶段。
根据SEMI 2022年数据，按照PECVD在晶圆制造前端设备占比8%左右预计，全球半导体PECVD设备市场规模约80-82亿美金。
光伏电池PECVD设备采购方面，电池生产厂商一般是整线采购，包括PVD和其他CVD设备，乃至退火、清洗等设备，一条产线一般设备供货6个月，调试期3-6个月。
PECVD产线设备总投资额约为1.6-1.8亿元/GW，约占整线设备价值量的20-30%。
ALD（Atomic Layer Deposition），原子层沉积法，是一种特殊的真空薄膜沉积方法，与CVD有一定的相似性，但ALD并不是通过直接气气反应或气固反应而形成薄膜，而是由至少两种前驱体反应物交替与基板发生自限性反应：
①清洗基板表面，并在基板表面生成羟基团等活性自由基团；
②第一种前驱体通过载气进入反应腔内，在基板表面发生化学吸附或化学反应生成第一层原子层；
③用惰性载气将反应腔内多余的前驱体和副产物清除；
④第二种前驱体通过载气进入反应腔内与第一种前驱体发生化学反应生成第二层原子层；
⑤用惰性载气将反应腔内多余的前驱体和副产物清除；
⑥上述5步称为ALD的一个反应周期，将两种前驱体与载气通过脉冲的方式反复循环任意反应周期，制备出所需厚度的薄膜。
ALD设备制备的薄膜具有均匀的厚度和优异的一致性，台阶覆盖率高，特别适合深槽结构中的薄膜生长，在先进逻辑芯片、DRAM和3D NAND制造中必不可少。
在ALD设备领域，由于ALD是先进制程所用的新兴工艺，因此玩家较多，TEL和ASM分别在DRAM电容和HKMG工艺。
2020年，TEL和ASM两家合计占比约70%，各占据整体约三成份额。除此之外，美国应用材料、泛林和KE也都拥有较为成熟的ALD技术。
国内市场集成电路方面，拓荆科技较为领先。其适配55-14nm工艺需求的PEALD设备已实现量产。
拓荆2016年首台ALD设备交付客户并于2018年通过客户14nm产业化验证。
除此之外，盛美上海、北方华创、中微公司也都拥有ALD技术及研发能力。在太阳能电池方面，江苏微导推出了适用于TOPCon电池夸父系列和后羿系列2种ALD设备。
ALD设备在CVD设备中比例约为18%，对应2020年的市场规模约16亿美元，中国市场约占5亿美元。
根据市场调查机构Acumen Research and Consulting预测，由于半导体先进制程产线数量增加，2026年全球ALD设备市场规模约为32亿美元。但由于ALD的沉积速率较慢，综合考虑速率、性能等指标，ALD仍无法完全替代LPCVD/PECVD方法。
MOCVD（Metal-organic Chemical Vapor Deposition），金属有机化合物化学气相沉积，工艺流程上与传统的高温LPCVD差异较小，沉积温度在400-2000℃区间，通常以氮气或氢气为载气、氮气等惰性气体为吹扫气体。
MOCVD是一种主要用于制备III-V主族和II-VI副族化合物的CVD工艺，其中III族主要为镓和铟等稀有的金属元素，V族主要为氮、磷、砷等元素，二族搭配的金属化合物多为优质的半导体材料。
MOCVD的金属气体化合物原材料一般为甲基或乙基的有机金属化合物，这些化合物有较低的蒸气压（通常在0.002Pa-2Pa之间），因此适合作为原材料。
目前，在化合物半导体量子阱、超晶格和异质结等低维结构的制备中，MOCVD越来越成为主要手段，并在化合物半导体LED、激光器、高频电子器件和太阳电池等领域具有规模化生产的能力。
目前，国际上MOCVD的技术较为成熟，主流设备已经从2003年的6-8片机达到42-49片机。目前量产企业对于单批产能的最低要求是30片以上。
在全球范围内，MOCVD设备生产商主要有德国爱思强AIXTRON、美国维易科Veeco、中国中微公司等。
其中，中微公司是我国半导体设备行业中的领先企业，在我国MOCVD设备市场中份额占比最高，除中微公司外，我国MOCVD设备生产商还有中晟光电、广东昭信等。
从薄膜沉积设备市场结构比例来看，2020年全球MOCVD设备约占4%-5%的市场份额约为8.40亿美元。
整体来看，随着半导体行业国产替代紧迫性加强，国内半导体设备厂商一方面不断扩产品种类，逐步走向打破国外厂商垄断的道路，另一方面也在积极研究先进制程所用的新兴工艺。同时，在推进碳达峰碳中和的背景下，光伏产业步入快速增长之路，也将利好光伏组件及设备产业的发展。
图片来源：博睿乾远Brill Capital，集成电路产业全书，招商证券，文案来源：iVacuum真空聚焦，光伏学习
现今钙钛矿电池的投资火热，但是距离规模化应用仍具有较大距离。在钙钛矿太阳能电池的性能和成本优势尚未完全实现的同时，硅基太阳能电池的效率不断提高，成本不断下降。钙钛矿太阳能电池能否战胜强大的晶硅，仍需要时间进行验证。设备方面，镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备为钙钛矿电池制备四大设备，欢迎大家加入艾邦钙钛矿产业链上下游交流群。
复合材料光伏边框趋势渐成，20家企业秣马厉兵
原文始发于微信公众号（艾邦光伏网）：LPCVD、PECVD、APCVD、ALD及MOCVD设备及市场规模
