芯片制造的关键材料金属镓!中国储量全球第一,欧美也要大量进口

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众所周知,作为“工业维生素”,稀土是一种重要的战略金属资源,没了它,很多高科技产品都玩不转。而有一种战略金属资源,同样在高科技领域中应用广泛,也是芯片制造的关键材料。这种资源与稀土一样,都是我国的优势矿种,储量和产量全球第一。那么,到底是哪种战略金属资源?这就是接下来为各位介绍的金属镓。

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镓是一种银白色的稀有金属,它的熔点很低,是自然界中少有的在常温下呈液体的金属。由于它在地壳中含量稀少,分布又比较分散,所以没有独立的矿床,主要与铝、锌、锗等矿物伴生,比较难提取。要知道,2020年全球粗镓产量也不过是300吨,其中,中国的产量就高达290吨,占全球产量的96%以上,其它的粗镓产国连中国的零头都不到。

不止是产量,中国的金属镓储量同样是全球第一。根据美国地质调查局(USGS)公布的数据,目前全球金属镓的储量约为27.93万吨,而中国的储量最多,达到19万吨,占全球储量的68%左右;相比之下,美国的储量还不到中国的1/40,只有0.45万吨。可见,与稀土一样,金属镓也是我国手中的一张王牌。

那么,这种金属资源到底有什么用?首先,它是芯片制造的关键材料。提到半导体材料,各位可能会想到碳化硅,但或许不知道氮化镓,它们都是第三代半导体的关键材料。相比硅材料,氮化镓的禁带宽度、电子饱和迁移速度和击穿场强都更胜一筹,这些优点使其在射频器件和电力电子器件的制造上更有优势。

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比如近年来大家广泛关注的5G技术,它所使用的高频无线电波脉冲芯片组,就是用氮化镓来制造的,并且这种材料耗电少、发热少,还能够在800摄氏度的高温下工作,相比碳化硅,成本也相对低一点。

其实,除了在半导体领域得到“重用”之外,金属镓以及它的一系列化合物已经广泛应用于新能源汽车、LED照明、太阳能电池以及雷达等众多领域,它的很多用途与当前的绿色能源和低碳经济息息相关。

这些年来,节能减排日益受到全球各国的关注,《巴黎协定》还致力于推动各国制定并落实减排任务。可以预想,未来全球对镓的消费需求会越来越大,这种资源在日后也会更“大有可为”。

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正因为意识到它的重要性,而且自身储量不多,欧美、日本等国家早就对镓资源进行管控和储备,比如欧盟在2010年发布的14种矿产原料紧缺名单中,镓就位列其中;美国在2018年也将镓列入35种关键矿产清单中

然而,日本是全球镓第一大消费市场,美国则紧随其后,欧盟也是重要的镓消费市场,它们自己的镓资源没怎么开发,那么就需要依赖进口了,这其中很大一部分镓就进口自中国。

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其实刚也提到,中国的粗镓产量已占到了全球的96%以上,有分析指出,可能也是由于中国的产量大,甚至出现产能过剩,抑制了其它国家的生产。过去几年,哈萨克斯坦、匈牙利、德国和乌克兰等国已先后停止了初级镓的生产,所以我们才会看到,全球粗镓产能几乎被中国垄断。

当然,欧美日等发达国家用到的镓资源并非100%从中国进口。随着镓回收利用技术的不断发展,如今,全球再生镓的产量已经不低了,2020年的产量便达到250吨,并且还呈现逐步上升的趋势,未来甚至不排除会超过粗镓的产量。

所以,欧美等发达国家也有一部分的镓供应来自这些再生镓,尤其是回收产业发展最好的日本,已经有一半的镓供应来自本国的回收产业,逐渐摆脱对中国的依赖。

这些年来,我国新能源汽车、光伏、LED照明等产业迅速发展,也带动了镓以及它的化合物等消费量迅速增长,但不完美的地方在于,我国半导体等产业的发展还落后于美日韩等发达国家,因此,我国的高端精镓产品(高端电子元件)也仍高度依赖进口,这从芯片成为我国第一大进口商品便可以窥探一二。

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值得注意的是,近年来,为了解决芯片“卡脖子”等难题,我国已经开始大力发展芯片产业,并提出到2025年将芯片自给率提升到70%的目标。可以见得,接下来国产芯将加速崛起,未来我国的高精镓产品对外依赖也会逐渐降低。

另外,作为我国的一种优势矿种,与欧美国家一样,我国也早就对镓资源进行了相关的管控。比如2011年,我国便将镓列入战略储备金属,计划在适当的时候对它进行收储。随着镓资源重要性日益提升,相信我国还会对这种战略资源进行相关的保护。

文 | 梁锦源 题 | 曾艺 图 | 卢文祥 审 | 陆烁宜

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