01研究背景

X射線光電子能譜儀（XPS）的應(yīng)用為尖端科技領(lǐng)域帶來(lái)了多項(xiàng)重大進(jìn)展。比如，在量子科技領(lǐng)域，研究人員通過(guò)角分辨光電子能譜儀（即ARPES，作者注：ARPES光源除X射線源外，還包括真空紫外光源及激光光源等，本文暫將ARPES歸入XPS大類）對(duì)材料進(jìn)行電子動(dòng)量表征，分析費(fèi)米子準(zhǔn)粒子的單粒子光譜函數(shù)，進(jìn)而獲得超導(dǎo)體中超導(dǎo)間隙非常規(guī)d波對(duì)稱性的證據(jù)，一舉闡明了從高溫超導(dǎo)體到激子絕緣體等多種量子材料的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)特性，極大地促進(jìn)了量子物理學(xué)的發(fā)展。

XPS更深遠(yuǎn)的影響在于作為材料化學(xué)領(lǐng)域的基本表征手段之一，除基礎(chǔ)科研領(lǐng)域外，在半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥、石油化工等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。XPS可識(shí)別材料中存在的元素及其化學(xué)狀態(tài)、價(jià)態(tài)及材料中整體電子結(jié)構(gòu)和態(tài)密度等，根據(jù)Web of Science網(wǎng)站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)隨著材料、化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，XPS的使用需求正逐步增長(zhǎng)，相關(guān)論文數(shù)量持續(xù)攀升。

圖1 近年 XPS相關(guān)文章數(shù)量統(tǒng)計(jì)

XPS作為系列產(chǎn)品的總稱，其細(xì)分產(chǎn)品主要有以下幾類：

1.1  通用型XPS

目前市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，可集成二次電子成像、離子深度刻蝕、俄歇能譜分析、紫外光電子能譜分析、離子散射譜分析等功能中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，能夠滿足大多數(shù)材料表征需求。

2.2  定制型XPS

主要包括近常壓XPS（NAP-XPS）、ARPES、硬X射線光電子能譜儀（HAXPES）三種類型。

?NAP-XPS。通用型XPS運(yùn)行時(shí)需要超高真空度（最高為10-9 Pa），而NAP-XPS可提供從10-9 Pa到103 Pa的變壓運(yùn)行環(huán)境，部分產(chǎn)品可將變壓上限擴(kuò)展至105 Pa。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于催化反應(yīng)在較高溫度下、近常壓氣體環(huán)境中的實(shí)時(shí)原位分析。

?ARPES。可直接獲取固體材料中電子能量、動(dòng)量分辨的電子結(jié)構(gòu)等信息，對(duì)高溫超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體、半金屬、二維材料、異質(zhì)結(jié)材料等多個(gè)關(guān)鍵前沿材料體系研究起到了重要的推動(dòng)作用。

?HAXPES。上述幾類XPS由于X射線源能量相對(duì)較低（一般低于1.5 keV），可被歸類于軟X射線光電子能譜儀。HAXPES的X射線源能量一般為5-8 keV，用于激發(fā)更深能級(jí)的軌道電子，獲得更全面的能級(jí)結(jié)構(gòu)信息。目前HAXPES分析主要基于同步輻射裝置硬X射線站，購(gòu)買整機(jī)者極少，因此在后續(xù)市場(chǎng)分析中不對(duì)其做單獨(dú)討論。

02市場(chǎng)分析

2.1  國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模及主要參與廠商

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年國(guó)內(nèi)XPS年銷量約為70臺(tái)（數(shù)據(jù)僅包含通用型XPS、NAP-XPS及ARPES）。其中，通用型XPS銷量占比約85%，ARPES占比約10%，NAP-XPS占比約5%。

據(jù)招標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，XPS每臺(tái)均價(jià)約608萬(wàn)元，由此可估算出2023年國(guó)內(nèi)XPS整機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約為4.3億元，約占全球市場(chǎng)11%（2023年全球XPS整機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約為39.89億人民幣，數(shù)據(jù)來(lái)源：Market Research Future）。

圖2 2022~2024年XPS成交價(jià)格散點(diǎn)圖

目前，XPS廠商主要有賽默飛、島津Kratos、愛(ài)發(fā)科PHI、SPECS、Scienta Omicron、蘇州華萃儀器、費(fèi)勉儀器。其中賽默飛與島津Kratos占據(jù)國(guó)內(nèi)60%以上市場(chǎng)，愛(ài)發(fā)科PHI占據(jù)20%，SPECS、Scienta Omicron、蘇州華萃、費(fèi)勉儀器共占據(jù)20%。

圖3 國(guó)內(nèi)各家XPS廠商市場(chǎng)份額

2.2  XPS細(xì)分產(chǎn)品分析

2.2.1. 通用型

通用型XPS市場(chǎng)長(zhǎng)期被賽默飛、島津Kratos、愛(ài)發(fā)科PHI三家牢牢把控。據(jù)歷年中標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，賽默飛與島津Kratos銷量各占據(jù)約40%，愛(ài)發(fā)科PHI占比約20%。

表1 2022~2024 年通用型XPS成交均價(jià)及產(chǎn)品特點(diǎn)

2.2.2  定制型

NAP-XPS市場(chǎng)被SPECS及Scienta Omicron壟斷。近年來(lái)，我國(guó)近常壓XPS需求保持在每年3~4臺(tái)左右，單臺(tái)均價(jià)達(dá)到795萬(wàn)元，均由SPECS及Scienta Omicron提供定制化服務(wù)。

ARPES市場(chǎng)近年不斷受到國(guó)產(chǎn)儀器廠商的沖擊。2021年前，APRES 市場(chǎng)基本被Scienta Omicron及SPECS壟斷。2021年，費(fèi)勉儀器中標(biāo)中山大學(xué)、東南大學(xué)等單位ARPES系統(tǒng)；2022年蘇州華萃儀器實(shí)現(xiàn)核心部件——電子能量分析器的國(guó)產(chǎn)化后，陸續(xù)中標(biāo)多套ARPES及ARPES與掃描隧道電鏡（STM）、掃描探針電鏡（SPM）聯(lián)用系統(tǒng)。招標(biāo)數(shù)據(jù)顯示，2022~2023年，蘇州華萃儀器及費(fèi)勉儀器兩家國(guó)產(chǎn)廠商已經(jīng)占據(jù)APRES市場(chǎng)50%以上訂單量。

表2  2022~2023年ARPES中標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)

2.3  市場(chǎng)需求分析

我國(guó)XPS主要需求方為各大高校院所，其每年采購(gòu)數(shù)量占XPS總體銷售量的75%以上。據(jù)招標(biāo)網(wǎng)站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近五年來(lái)XPS在高校院所用戶側(cè)的需求量整體呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

圖4 2018~2023年高校院所XPS招標(biāo)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析后，可推測(cè)高校院所XPS需求逐年增長(zhǎng)的原因主要有以下兩點(diǎn)：

國(guó)家愈發(fā)高度重視基礎(chǔ)研究。我國(guó)基礎(chǔ)科研經(jīng)費(fèi)投入近年屢創(chuàng)新高，國(guó)家大力推動(dòng)設(shè)備更新改造，增強(qiáng)了高校院所購(gòu)買大型尖端科學(xué)儀器的意愿。部分高校如清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、浙江大學(xué)等，連續(xù)多年采購(gòu)XPS，由“一校一臺(tái)”變?yōu)?/span>“一院一臺(tái)”。

表3  2019~2023年部分高校采購(gòu)情況統(tǒng)計(jì)

各地掀起新型研發(fā)機(jī)構(gòu)建設(shè)熱潮。依據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委數(shù)據(jù)，“十四五”期間我國(guó)省市級(jí)新型研發(fā)機(jī)構(gòu)有望超過(guò)2400家。各地掀起新型研發(fā)機(jī)構(gòu)建設(shè)熱潮，有力拉動(dòng)了各類關(guān)鍵科學(xué)儀器設(shè)備采購(gòu)需求。近年來(lái)，多家新型研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了XPS采購(gòu)，以支撐其量子科技、光電、新能源等領(lǐng)域研究。

表4 2020~2023年新型研發(fā)機(jī)構(gòu)XPS采購(gòu)情況統(tǒng)計(jì)

除高校院所外，產(chǎn)業(yè)端XPS市場(chǎng)需求集中于半導(dǎo)體（主要為FAB廠及第三方半導(dǎo)體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室）、新能源電池、生命科學(xué)、石油煉化等領(lǐng)域。

03主要廠商分析

本章圍繞已逐步開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化的定制型XPS產(chǎn)品，重點(diǎn)分析SPECS、Scienta Omicron，以及國(guó)產(chǎn)XPS制造商蘇州華萃儀器。

3.1  SPECS

SPECS在XPS基礎(chǔ)上，通過(guò)并購(gòu)與合作轉(zhuǎn)化顯微鏡相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了集材料表面形貌分析、成分分析為一體的產(chǎn)品布局。

圖5 SPECS相關(guān)產(chǎn)品情況 

*圖片來(lái)源：www.specs-group.com

3.1.1  簡(jiǎn)介

SPECS成立于1983年，最初業(yè)務(wù)為生產(chǎn)控制科學(xué)儀器的軟件和外圍硬件。1990年SPECS收購(gòu)德國(guó)Leybold表面分析部門后進(jìn)入光電子能譜行業(yè)，隨后逐步并購(gòu)了VSI（表面分析設(shè)備和系統(tǒng)的全球供應(yīng)商）、Oxford Scientific Ltd.薄膜沉積源產(chǎn)品線、Nanonis（掃描探針 顯微鏡廠商），并與丹麥奧胡斯大學(xué)、美國(guó)IBM合作研發(fā)轉(zhuǎn)化低能電子顯微鏡（LEEM）、光發(fā)射電子顯微鏡（PEEM）產(chǎn)品，最終形成了集表面生長(zhǎng)、多功能表面分析為一體的整體解決方案。

3.1.2  產(chǎn)品情況

SPECS核心產(chǎn)品包括NAP-XPS、ARPES、PEEM、LEEM及半球電子能量分析器等關(guān)鍵零部件。此外，SPECS可為客戶提供定制化多功能材料表面分析聯(lián)用系統(tǒng)，如XPS-LEEM-SPM線性傳輸系統(tǒng)、SEM-ARPES聯(lián)用系統(tǒng)，以及材料加工?表征聯(lián)用系統(tǒng)，如XPS-PVD-濺射鍍膜線性傳輸系統(tǒng)等，產(chǎn)品能夠在材料局部動(dòng)態(tài)表面過(guò)程中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、化學(xué)、電子等多維度信息獲取。

3.2  Scienta Omicron

Scienta Omicron打造了集XPS、SPM、MBE等產(chǎn)品的材料表面生長(zhǎng)制備、分析表征一體化產(chǎn)品解決方案。

圖5 Scienta Omicron相關(guān)產(chǎn)品情況 

*圖片來(lái)源：https://scientaomicron.com

3.2.1  簡(jiǎn)介

1983年，XPS發(fā)明者、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者—— Kai Siegbahn創(chuàng)立了VG Scienta，開(kāi)始推動(dòng)XPS商業(yè)化，同一時(shí)期，Omicron Vakuumphysik成立，并逐步發(fā)展成為以超高真空表面分析和SPM、STM等為核心業(yè)務(wù)的Omicron Nano Technology，兩家公司于2015年合并為Scienta Omicron，后續(xù)收購(gòu)了Sigma Surface Science在SPM與XPS領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，進(jìn)一步強(qiáng)化了公司在材料表面科學(xué)領(lǐng)域技術(shù)能力。

3.2.2  產(chǎn)品情況

Scienta Omicron先后推出全球首臺(tái)帶有集成分析選項(xiàng)的MBE產(chǎn)品、ARPES及與多儀器設(shè)備聯(lián)用系統(tǒng)，產(chǎn)品包括ARPES、APPES（常壓光電子能譜）、HAXPES、PEEM、STM、SPM、MBE等，能夠提供材料表面多功能制備與表征的產(chǎn)品集成解決方案。

Scienta Omicron可為客戶提供定制化大型材料創(chuàng)新平臺(tái)，該平臺(tái)可搭載MBE、物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、濺射沉積、XPS、PEEM、SPM等多種材料制備與表征手段，最多可集成20余臺(tái)設(shè)備。

3.3  深圳市雙鋮科技有限公司

深圳市雙鋮科技有限公司位于改革開(kāi)放城市-深圳，成立于2017年，得益于深圳市優(yōu)勢(shì)商業(yè)環(huán)境，近年來(lái)公司聚焦精密測(cè)量行業(yè)，得到了穩(wěn)定有效的發(fā)展。公司骨千由一批高素質(zhì)的年輕人團(tuán)隊(duì)組成，誠(chéng)信、高效、精準(zhǔn)、創(chuàng)新是我們的公司文化和做事準(zhǔn)則。
公司目前同國(guó)際品牌賽默飛、島津、愛(ài)發(fā)科、尼康、布魯克等保持良好的業(yè)務(wù)關(guān)系，同時(shí)也與國(guó)內(nèi)知名品牌合肥國(guó)儀量子、深圳艾依康、鋼研納克、江蘇天瑞等建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作伙伴關(guān)系。
目前公司主攻方向是精密檢測(cè)分析和實(shí)驗(yàn)室計(jì)量校準(zhǔn)解決方案，迎接工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，深耕精密測(cè)量分析市場(chǎng)。以專業(yè)技術(shù)作背景，國(guó)際品牌廠商作支撐，認(rèn)真的態(tài)度做好產(chǎn)品的篩選，高度的責(zé)任心做好客戶服務(wù)，旨在為客戶提供一套完整的技術(shù)解決方案，一站式的客戶服務(wù)。

04展望

4.1  材料表面分析科學(xué)儀器正向多功能、集成化發(fā)展

目前材料表面分析領(lǐng)域科學(xué)儀器正向多功能、網(wǎng)絡(luò)化、集成化方向發(fā)展，因此，在相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品矩陣設(shè)計(jì)中，能否形成聯(lián)用能力是一個(gè)關(guān)鍵因素。

根據(jù)SPECS及Scienta Omicron產(chǎn)品布局分析可知，在表面科學(xué)領(lǐng)域，SEM、MBE、PEEM、LEEM、各類薄膜生長(zhǎng)設(shè)備均可與XPS聯(lián)用集成。多功能、集成化的產(chǎn)品布局可以相輔相成，有利于儀器公司的市場(chǎng)開(kāi)拓以及競(jìng)爭(zhēng)力提升。

4.2  XPS國(guó)產(chǎn)化替代潛力巨大

當(dāng)前，以蘇州華萃儀器等為代表的國(guó)產(chǎn)XPS廠商，面對(duì)國(guó)際頂尖企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了ARPES等定制型XPS領(lǐng)域50%以上市場(chǎng)的搶占，未來(lái)，XPS國(guó)產(chǎn)化替代潛力巨大。