Marktbericht zu Kathoden für Sputteranlagen: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Produkttyp (linear, kreisförmig) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2023–2031

Marktdynamik

Treiber des globalen Marktes für Kathoden in Sputteranlagen

Zunahme der Halbleiteranwendungen

Der Anstieg vonNachfrage nach UnterhaltungselektronikGeschäftswerkzeuge und -ausrüstung, Automobilteile, Netzwerk- und Kommunikationsprodukte treiben die Nachfrage nach Halbleitern an – und viele weitere Branchen haben sie beflügelt. Technologische Fortschritte wie drahtlose Technologien (5G), künstliche Intelligenz und Automatisierung haben diese Sektoren zusätzlich beflügelt. Aufgrund der steigenden Anzahl von IoT-Geräten (Internet der Dinge) wird die Halbleiterindustrie voraussichtlich gezwungen sein, in neue Produktionsanlagen zu investieren, um ihre Fertigungskapazitäten zu erweitern. Die Nachfrage nach Halbleiterfertigung wächst mit der zunehmenden Anzahl von Halbleiterkomponenten pro Auto und der wachsenden Beliebtheit von Trends wie autonomen und elektrischen Fahrzeugen.

Darüber hinaus die Anzahl derInternet der DingeDie Anwendungsbereiche werden voraussichtlich zunehmen und damit die Nachfrage nach Halbleitern steigern. Auch der Ausbau der 5G-Netze dürfte die Mobilfunkbranche ankurbeln. Laut den Prognosen zur fünften Generation wird der weltweite Bedarf an Halbleitern durch die Möglichkeit erhöht, dass Verbraucher ihre Mobiltelefone und andere Geräte aufrüsten. Viele Regierungen starten Programme zur Investition in die Halbleiterproduktion, um den steigenden Bedarf in der Region aufgrund der zunehmenden Halbleiternachfrage zu decken. Der untersuchte Markt dürfte aufgrund solcher Initiativen und der steigenden Verbreitung von Halbleitern expandieren.

Beschränkungen auf dem globalen Markt für Kathoden in Sputteranlagen

Entwicklung alternativer Technologien wie der thermischen Verdampfung

Eine der gängigsten und einfachsten Techniken der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) ist die thermische Verdampfung (PVD). Mithilfe einer Widerstandswärmequelle wird dabei eine dünne Schicht durch Verdampfen eines Feststoffs im Vakuum erzeugt. Der Feststoff wird anschließend in einer Hochvakuumkammer erhitzt, bis ein Dampfdruck entsteht. Dadurch wird das Substrat beschichtet, während der verdampfte Materialstrom thermisch durch die Vakuumkammer strömt. Dieses Verfahren eignet sich für Anwendungen mit elektrischen Verbindungen und ermöglicht die Abscheidung von Metallen und Nichtmetallen wie Aluminium, Chrom, Gold, Indium und vielen anderen. Es ist besonders geeignet für Dünnschichtbauelemente (OLEDs, Solarzellen und Dünnschichttransistoren), Wafer-Bonding (wo Indium-Bumps abgeschieden werden müssen) und die gleichzeitige Abscheidung mehrerer Komponenten durch Anpassen der Temperatur verschiedener Tiegel.

Das Verfahren bietet mehrere Vorteile, darunter hohe Abscheidungsraten von etwa 50 Angström pro Sekunde (/s), geringe Kosten im Vergleich zu anderen PVD-Verfahren, Kompatibilität mit Ionenquellen und bemerkenswerte Gleichmäßigkeit bei Verwendung planetarischer Substrathalterungen und Gleichmäßigkeitsmasken. Trotz der Vorteile der thermischen Verdampfung führt das Sputtern zu einer besseren Stufenabdeckung, höheren Packungsdichten und besserer Haftung bei geringen Spannungen. Zudem sind die Prozessvariablen beim Sputtern konsistenter und besser vorhersagbar, was eine Automatisierung ermöglicht. Angesichts dieser Vorteile kann die Marktauswirkung dieser Gefahr als minimal angesehen werden.

Globale Marktchancen für Kathoden in Sputteranlagen

Technologische Fortschritte wie die Magnetron-Sputtertechnologie

Unternehmen setzen zunehmend auf Verfahren wie die Magnetron-Sputtertechnologie, um die Effizienz und Qualität ihrer Halbleiter zu verbessern und auf Produktionstechniken der nächsten Generation umzusteigen. Magnetron-Sputtern ist ein Vakuum-Beschichtungsverfahren mit hoher Abscheidungsrate, bei dem Metalle, Legierungen und Verbindungen mit einer Dicke von bis zu einem Millimeter auf verschiedene Materialien aufgebracht werden. Die Magnetron-Sputtertechnologie bietet viele Vorteile, darunter hohe Abscheidungsraten, hochreine Schichten, außergewöhnlich hohe Haftung, exzellente Abdeckung von Stufen und kleinen Strukturen, die Möglichkeit zur Beschichtung wärmeempfindlicher Substrate, einfache Automatisierung, hohe Gleichmäßigkeit auf großflächigen Substraten und vieles mehr. Aufgrund dieser Vorteile werden Halbleiter immer häufiger mit der Magnetron-Sputtertechnik hergestellt.

Alle Targets für plasmaunterstütztes reaktives Magnetronsputtern ermöglichen hochwertige optische Beschichtungen. Die ultrafeine Kornstruktur und Reinheitsgrade bis zu 6N während des gesamten Herstellungsprozesses gewährleisten reproduzierbare Ergebnisse. Ein Forschungsteam des Harbin Institute of Technology (HIT) in China untersuchte kürzlich den Reaktionsmodus des gepulsten reaktiven Magnetronsputterns mit hoher Leistung. In diesem Experiment wurde die Ladungsträgerkonzentration gesenkt und die Mobilität auf 14,93 cm²/Vs sowie die IR-Transmission bei 4 m erhöht. Während des Abscheidungsprozesses setzte sich die Reaktion im Vergiftungsmodus bei einem Sauerstoffpartialdruck von über 18 cm fort. Die Nachfrage nach diesen Technologien wird durch solche technologischen Fortschritte, die zunehmenden Anwendungsbereiche aufgrund der verbesserten Leistung und die zusätzlichen Prozessvorteile generiert.

Regionalanalyse

Der globale Markt für Kathoden in Sputteranlagen ist in vier Regionen unterteilt: Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und LAMEA (Lateinamerika, Naher Osten und Afrika).

Asien-Pazifik dominiert den Weltmarkt

Asien-Pazifik ist der bedeutendsteDer Halbleitermarkt trägt maßgeblich zum Umsatz bei und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich ein jährliches Wachstum von 6,40 % aufweisen. Aufgrund der anhaltenden Importe internationaler Elektronikgeräte nach China steigt der Halbleiterverbrauch dort im Vergleich zu anderen Ländern. Drei der fünf größten Smartphone-Hersteller weltweit sind in staatlichen Unternehmen ansässig, was enormes Potenzial für die Halbleiternutzung eröffnet. Laut dem Ministerium für Industrie und Informationstechnologie hatten chinesische Mobilfunkbetreiber bis Ende Februar 2021 792.000 5G-Basisstationen installiert. Zudem bestehen aktuell 260 Millionen Verbindungen zwischen 5G-Endgeräten. Der wachsende Markt für Elektroautos in China fördert die Entwicklung modernster Halbleiter und treibt so den Markt voran.

Nordamerika wird voraussichtlich zeigenIm Prognosezeitraum wird ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 4,70 % erwartet. Um die Fertigung elektronischer Komponenten für die Militär- und Luftfahrtindustrie zu steigern, setzen die Anbieter der Branche auf Fusionen und Übernahmen. So fusionierte beispielsweise die Evans Capacitor Company, ein Anbieter von Hochenergiekondensatoren, im April 2021 mit der Quantic Electronics Company, einem Portfoliounternehmen der Arcline Investment Management Company, um die leistungsstärkste Kondensatortechnologie für spezialisierte Elektronikhersteller zu entwickeln, die missionskritische Produkte für Märkte wie die Militär- und Luftfahrtindustrie fertigen. Solche Veränderungen werden den Markt antreiben. Präsident Joe Biden erklärte im Februar 2021, dass die lokale Halbleiterproduktion ein Ziel seiner Regierung sei.

Deutschland investiert massiv in die Förderung lokaler Initiativen, um den Ausbau von 5G-Diensten zu beschleunigen. Laut Deutscher Telekom hat das 5G-Netz seit Juli 2020 rund 40 Millionen Menschen erreicht. Deutschland ist auch führend beim Aufbau von Netzen für regionale 5G-Anwendungen. Viele Unternehmen verstärken ihre Bemühungen, die 5G-Technologie voranzutreiben. Nordrhein-Westfalen (NRW) und Baden-Württemberg sind die ersten Bundesländer, die ab Januar 2022 die Nutzung von Photovoltaik-Technologie für bestimmte Bauprojekte vorschreiben. In NRW muss auf gewerblichen Parkplätzen mit mehr als 35 Stellplätzen eine Photovoltaikanlage installiert werden. Die Bundesregierung wird die Mittel für den Bau neuer Halbleiterfertigungsanlagen verwenden. Hauptziel dieser Investition ist es, die Importabhängigkeit für den zukünftigen Halbleiterbedarf zu verringern.

Im Nahen Osten und in Afrika wird erwartet, dass Halbleiter im Prognosezeitraum branchenübergreifend breite Anwendung finden werden. Die Entwicklungen in der Automobilindustrie der Region dürften erhebliche Marktexpansionschancen eröffnen. So hat Dubai beispielsweise gerade eine Initiative gestartet, um bis 2030 42.000 Elektrofahrzeuge auf die Straßen der Vereinigten Arabischen Emirate zu bringen. Die Regierung bietet Anreize für Besitzer von Elektrofahrzeugen, was die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen in den VAE und damit den Markt für Halbleiterbauelemente in der Region ankurbelt. Die zunehmende Entwicklung von Elektrofahrzeugen könnte sich auf den untersuchten Markt auswirken. Daher werden Sputteranlagen zur Beschichtung von Antriebsstranglagern und -komponenten eingesetzt. Der erste vorgeschlagene Ansatz besteht darin, ein Magnetron-Sputterverfahren zur Abscheidung jeder Struktur in einem CIGS-basierten Solarmodul zu verwenden.

Segmentanalyse

Der globale Markt für Kathoden in Sputteranlagen ist nach Produkttyp segmentiert.

Basierend auf dem ProdukttypDer globale Markt für Kathoden in Sputteranlagen ist in lineare und kreisförmige Kathoden unterteilt.

Das kreisförmige Segment trägt maßgeblich zum Marktwachstum bei und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 5,65 % aufweisen. In einem Sputtersystem mit Wechselstromversorgung im Frequenzbereich von 10 bis 100 kHz werden zwei rotierende zylindrische Magnetrons eingesetzt. Die rotierenden Magnetrons entfernen das auf das Target aufgebrachte dielektrische Material und erzeugen so eine dielektrische Schicht auf einem Substrat. Dadurch wird verhindert, dass die dielektrische Schicht des Targets als Kondensator wirkt, und Lichtbogenbildung kann vermieden werden. Um Lichtbogenbildung mithilfe eines Transformators zu verhindern, kann eine Reihenschaltung zwischen den Markierungen und einem Impedanzbegrenzungskondensator realisiert werden. Im Vergleich zu den in Hochfrequenz-Sputtersystemen zur Verbindung der Stromquelle mit dem Target verwendeten Kondensatoren weist dieser Impedanzbegrenzungskondensator eine deutlich höhere Kapazität auf.

Aufgrund der größeren Oberfläche von Rotationstargets kann die Magnetronleistung in derselben Zeit eine größere Fläche abdecken. Dies verhindert Knötchenbildung, hält das Target auf einer niedrigeren Temperatur und reduziert die Lichtbogenbildung. Da Rotationszerstäubung die Knötchenbildung verringert, können die Targets über längere Zeiträume kontinuierlich betrieben werden. Planare Targets werden üblicherweise nur in 30 % der Fälle verwendet, Rotationstargets hingegen in 80 %. Dies führt zu weniger Ausschuss und längeren Laufzeiten. Für kontinuierliche Zerstäubungsanwendungen sind Rotationstargets ideal. Die kontinuierliche Verarbeitung erhöht den Durchsatz, da die Einrichtung der Zerstäubungskammer weniger Zeit in Anspruch nimmt. Die Unternehmen am Markt integrieren und entwickeln neue Produkte, da sie die steigende Nachfrage der Endverbraucher und die Vorteile der Rotationstechnologie gegenüber der linearen Technologie prognostizieren.

Anwendungen für lineare Sputteranlagen umfassen Halbleiter, Solarenergie, Displays, Datenspeicherung und vieles mehr. So begann Bosch beispielsweise im Dezember 2021 mit der Massenproduktion von SiC-basierten Leistungshalbleitern für Automobilhersteller weltweit. Die Reinraumfläche der Bosch-Waferfabrik in Reutlingen wurde bereits 2021 um 1.000 Quadratmeter erweitert, um der steigenden Nachfrage nach diesen Chips gerecht zu werden. Halbleiter zählen zu den wichtigsten Innovationen im Elektroniksektor. Dies erklärt sich durch ihre hohe Elektronenmobilität, ihren breiten Temperaturbereich und ihren geringen Energiebedarf. Die Semiconductor Sector Association (SIA) prognostizierte für 2021 einen weltweiten Umsatz von 555,9 Milliarden US-Dollar im Halbleitersektor – den höchsten jemals verzeichneten Jahreswert und ein Plus von 26,2 % gegenüber 440,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020.

Eine planare Magnetron-Sputteranlage erzeugt ein zusätzliches, variables Magnetfeld, das senkrecht zur Kathodenplatte verläuft und deren gesamte Erosionszone durchdringt. Die maximale Kathodenplattenerosion variiert aufgrund der ständigen Änderungen des variablen Magnetfelds in der Lage der Bereiche, in denen die magnetischen Feldlinien parallel zur Kathodenplatte verlaufen. Durch die Erzeugung eines weniger ausgeprägten Erosionsmusters über eine größere Fläche der Kathodenplatte kann ein größerer Anteil des Kathodenplattenmaterials von jeder planaren Kathodenplatte abgetragen werden.