一克只賣2塊5的金屬,，憑什么成為半導(dǎo)體關(guān)鍵材料,？

Insigne

全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的命脈，拿捏住了,。

  Q! f& k3 r" G. ^, y; V; b

7月3日,，商務(wù)部、海關(guān)總署發(fā)布公告,，宣布中國(guó)將從8月1日起,，對(duì)鎵和鍺2種金屬的相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制。

: Z; C% |: Q/ X5 j8 [) I/ U

所有相關(guān)產(chǎn)品的出口，都要向商務(wù)部提出申請(qǐng),，進(jìn)行嚴(yán)格審查,。

這次限制出口，意義何在?

% f( _# i, N; V: H7 K- T

98% vs 2%

6 G5 ~6 G- a+ I0 D4 e, Q3 t' a# F

簡(jiǎn)單說(shuō),，就是有能力在短期內(nèi)影響整個(gè)產(chǎn)業(yè),，而以這個(gè)產(chǎn)業(yè)為支點(diǎn)的、人類社會(huì)最重要的一個(gè)萬(wàn)億產(chǎn)業(yè),，未來(lái)也將被重重撼動(dòng),。

5 G/ u) \' n# p0 O- a

說(shuō)“影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)”，是因?yàn)橹袊?guó)在這方面有絕對(duì)的控制權(quán),。

0 {( ?& n' Z) h7 {3 G5 \; g& X

這里先說(shuō)說(shuō)具有代表性的鎵,。

% m8 o% m+ d0 u. L, D  w) y* {- _

目前全球金屬鎵的儲(chǔ)量約為27.93萬(wàn)噸，而中國(guó)的儲(chǔ)量最多,，達(dá)到19萬(wàn)噸,，占全球儲(chǔ)量的68%左右。

當(dāng)然,，從儲(chǔ)量上看,，68%的占比雖然高，但依然有3成在外面,，顯然稱不上能“絕對(duì)控制”,。

但是，儲(chǔ)量只是儲(chǔ)量,，不是產(chǎn)量,，落到實(shí)際生產(chǎn)上又不同。

+ u' I0 Y4 c) [" L$ Z

根據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局?jǐn)?shù)據(jù),，2021年,，全球總共生產(chǎn)了430噸鎵,，我們一家就生產(chǎn)了420噸,，第2名是俄羅斯，生產(chǎn)了……5噸,。

420：5：3：2,，中國(guó)貢獻(xiàn)了全世界98%的鎵產(chǎn)量，這就是當(dāng)前全球鎵產(chǎn)業(yè)的基本格局,。

那么,，有沒(méi)有可能其他國(guó)家迅速推動(dòng)那剩下32%的鎵儲(chǔ)量進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，替代中國(guó)的鎵呢,。

基本沒(méi)有可能,。

( _( _% @: n2 G* S, e

因?yàn)殒壸鳛榈湫偷南∩⒃�素，并不�?huì)像大多數(shù)人認(rèn)識(shí)的鐵、銅,、鉛鋅等金屬一樣,，獨(dú)立形成大規(guī)模礦藏，基本上都是在鋁土礦和鉛鋅礦中形成伴生鎵礦床,。

可以說(shuō),，在現(xiàn)代金屬生產(chǎn)鏈條上，鎵其實(shí)是鋁或鋅的副產(chǎn)品,。

5 W' G0 {' c+ [  x' _0 m

根據(jù)公開資料,，目前全球90%以上的原生鎵都是在生產(chǎn)氧化鋁的過(guò)程中提取的。

國(guó)內(nèi)金屬鎵生產(chǎn)的龍頭企業(yè)——中國(guó)鋁業(yè)公司,、東方希望(三門峽)鋁業(yè)有限公司,，光看名字就知道他們主要業(yè)務(wù)。

要大規(guī)模生產(chǎn)鎵,，就要大規(guī)模開張氧化鋁生產(chǎn)線,。

然而，鋁是一種早就被人類大規(guī)模生產(chǎn)和使用的金屬,，產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)成熟穩(wěn)定,，這意味著絕大部分氧化鋁產(chǎn)品的生產(chǎn)不存在決定性的技術(shù)壁壘，不能帶來(lái)很高的附加值,，賺錢的就是靠擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模和上下游整合帶來(lái)的極致成本壓縮,。

5 l% {4 H0 m3 K/ B* T6 s1 h% R9 K" ?

在這方面，“制造業(yè)規(guī)模連續(xù)13年全球第1”和“全世界唯一擁有聯(lián)合國(guó)產(chǎn)業(yè)分類中所列全部工業(yè)門類”的中國(guó)顯然具有優(yōu)勢(shì),。

& r3 O8 D. b; [1 a8 F

去年,，中國(guó)生產(chǎn)了全球57%的氧化鋁，這還是全球氧化鋁處于產(chǎn)能過(guò)剩狀態(tài),，國(guó)內(nèi)全行業(yè)開工率80%的情況下,。

如果國(guó)外要大興工程，再造一個(gè)氧化鋁產(chǎn)業(yè)鏈,，要付出的成本將是天價(jià),。

9 `" [1 [2 r9 W8 g9 v. y5 Q

不過(guò)，目前有一種說(shuō)法是,，日本等國(guó)正在大力推進(jìn)回收再生鎵,，以后只要回收已有的鎵產(chǎn)品，可以很大程度替代從中國(guó)進(jìn)口的鎵原料,。

+ @+ I0 [3 e- W) F5 K

但是根據(jù)USGC的《2023礦產(chǎn)商品概要》,，只有紐約1家工廠會(huì)在生產(chǎn)砷化鎵器件的過(guò)程中回收廢料生產(chǎn)再生鎵。而從舊產(chǎn)品中提取再生鎵的數(shù)量,，文件顯示為“0”(none),。

也就是說(shuō)，至少在美國(guó)，所謂再生鎵,，其實(shí)也只是原料鎵精細(xì)加工的產(chǎn)品,，依然需要使用原料鎵。

而在7月6日,，在被問(wèn)及這兩種關(guān)鍵金屬的戰(zhàn)略儲(chǔ)備情況時(shí),，美國(guó)的回復(fù)是“目前沒(méi)有鎵的庫(kù)存儲(chǔ)備”。

撬動(dòng)萬(wàn)億產(chǎn)業(yè)的支點(diǎn)

盡管中國(guó)掌控著鎵的生產(chǎn),，但如果鎵是沒(méi)什么用的東西,，那這種掌控力也就毫無(wú)意義。

但是事實(shí)是,，鎵的作用實(shí)在是太大了,，大到影響國(guó)家乃至人類的未來(lái)。

之所以這么說(shuō),，是因?yàn)殒壔�本上綁定�?個(gè)字：

, ^$ P0 o1 {! _* `/ ]* }- U8 {% P7 @

半導(dǎo)體,。

- t& O# C, \( {/ o

砷化鎵作為第二代半導(dǎo)體材料的代表，在高頻,、高速,、高溫及抗輻照等微電子器件研制中占有主要地位，尤其是許多高精尖軍工產(chǎn)品不可或缺的部分,。

) `# J3 P* B1 x

而在風(fēng)起云涌的第三代半導(dǎo)體大潮中,，氮化鎵和碳化硅一起，并列第三代半導(dǎo)體材料的“雙子星”地位,。

與傳統(tǒng)材料相比,，第三代半導(dǎo)體材料的核心優(yōu)勢(shì)在于更寬的禁帶寬度，使得它們具有高熱導(dǎo)率,、高擊穿場(chǎng)強(qiáng),、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點(diǎn)，更適合制造耐高溫,、耐高壓,、耐大電流的高頻大功率器件。

當(dāng)然,，單純從第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)本身來(lái)看,，盤子并不大,。

- e! E0 l5 N% E

2021年,，綜合Yole、IHS的數(shù)據(jù)顯示,，全球SiC和GaN的整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)24.16億美元,，較2019年增長(zhǎng)了50.9%。經(jīng)初步估計(jì)，2022年全球SiC和GaN的整體市場(chǎng)規(guī)�,；蜻_(dá)到31.22億美元,。

TrendForce集邦咨詢研究預(yù)測(cè)，在主要應(yīng)用領(lǐng)域——功率器件方面,，碳化硅功率器件到2025年的全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到33.9億美元,，而氮化鎵功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到8.5億美元，合起來(lái)只不過(guò)40億美元出頭,。

在可以預(yù)見的未來(lái),，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主角還是第一代半導(dǎo)體構(gòu)筑的集成電路產(chǎn)業(yè)。

不過(guò),，直接產(chǎn)值不高,，不代表不重要。相反,，隨著人類社會(huì)電氣化程度的加深,，高頻大功率器件的重要性將日益凸顯。

第三代半導(dǎo)體就好像一個(gè)杠桿支點(diǎn),，撬動(dòng)著多個(gè)重要產(chǎn)業(yè)的未來(lái),。

其中影響最直接的，當(dāng)屬電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè),。

# `# p6 u/ e- n2 Z" t

拋卻社會(huì)對(duì)新技術(shù)的習(xí)慣性妖魔化,，電動(dòng)汽車要在消費(fèi)者中推廣，依然存在一個(gè)應(yīng)用上的致命問(wèn)題——續(xù)航焦慮,。

( Q2 X' \: U; C% I  Z/ ?

要破解續(xù)航焦慮,，主要方法有二。一是增加電池,，加強(qiáng)蓄能能力,，但受制于成本和電池重量，電池增加存在經(jīng)濟(jì)性上限;第二個(gè)方向則是使用高功率充電樁,，提高補(bǔ)能效率,，讓充電和加油一樣快。

根據(jù)P=UI的功率公式,，要提高功率,，要么加大電壓，要么加大電流,。

如果要加大電流,，那就必須面對(duì)電流熱效應(yīng)帶來(lái)的損耗。根據(jù)Q = I^2Rt的公式,，在同樣的線路和充電時(shí)間中,，如果電流增大,，那么發(fā)熱將以指數(shù)增長(zhǎng)，不僅對(duì)汽車,、充電樁的散熱系統(tǒng)有嚴(yán)苛的要求,，造成成本飆升，還讓大量能量白白損耗,。

& Y$ L* D' C  l( u! u! r7 C

所以電動(dòng)汽車上高壓平臺(tái),，成為行業(yè)公認(rèn)的選擇。

7 H1 p" ]8 `0 o! ^2 J4 C6 b

當(dāng)然不僅是充電,，高壓平臺(tái)也會(huì)降低車內(nèi)電路和器件運(yùn)作的損耗,，反過(guò)來(lái)也增加了續(xù)航。

目前受制于硅基功率器件的性能,，市面上絕大部分電動(dòng)汽車還在使用400V平臺(tái),。

但是業(yè)內(nèi)估計(jì)，今年以內(nèi),，800V平臺(tái)就會(huì)成為行業(yè)新的“內(nèi)卷”領(lǐng)域,。

反過(guò)來(lái)說(shuō)，與之相適應(yīng)的第三代半導(dǎo)體新器件開發(fā),，也到了迫在眉睫的時(shí)候,。

這里說(shuō)的第三代半導(dǎo)體新器件，主要還是碳化硅,。

; O& X) V, Q3 m# a$ G/ O$ e

因?yàn)榈侥壳盀橹�,，氮化鎵還不能承受太高工作電壓，在800V電壓平臺(tái)上,，碳化硅的高壓工作特性會(huì)更具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì),。

氮化鎵則更側(cè)重高頻應(yīng)用，主要在電動(dòng)汽車OBC,、DCDC,、儲(chǔ)能電源系統(tǒng)等環(huán)節(jié)，以及小容量,、高端光伏逆變器中,，或者是在智能手機(jī)、5G基站等通訊領(lǐng)域提供射頻信號(hào)和天線之間的最后一級(jí)功率放大,。

但是在未來(lái),，隨著氮化鎵耐壓能力進(jìn)一步提升，其在性價(jià)比方面的優(yōu)勢(shì)將被放大,，在新能源市場(chǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)將越發(fā)明顯,。

如果氮化鎵能應(yīng)用于電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的主逆變器，從而獲得與碳化硅相當(dāng)?shù)捏@人高容量,，就將釋放巨大的市場(chǎng)增量,。

前瞻根據(jù)EV volume和Statista的數(shù)據(jù)并結(jié)合近年來(lái)全球新能源汽車市場(chǎng)價(jià)格變化情況預(yù)測(cè)，2023年全球新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模為4576億美元,，到2028年,，這個(gè)市場(chǎng)規(guī)模就將突破萬(wàn)億美元。

中國(guó)手中每年“區(qū)區(qū)”400多噸產(chǎn)量的鎵,，以2022年均價(jià)2500元/公斤計(jì)算,，市場(chǎng)規(guī)模不過(guò)10億人民幣，未來(lái)卻有可能成為撬動(dòng)這個(gè)萬(wàn)億美元市場(chǎng)的關(guān)鍵因素,。