图片来源:网络为维护国家安全和利益,7月3日,中国商务部、海关总署宣布对镓、锗相关物项实施出品管制,此举引发国内外的热议,那么,镓、锗作为稀散金属,有什么特殊用途,其产业链如何?供应链又有什么特殊之处呢?
一、先进技术制造关键材料
镓与锗都是稀散金属,在半导体、光电子、通信等领域具有重要应用,是先进技术制造的关键材料,尤其在半导体工业中得到广泛应用,被称为"半导体工业新粮食"、“电子工业的脊梁”。
从全球产量来看,中国的镓、锗金属产量占比最高,分别高达90%、68%,无论是在储量还是在出口上,中国镓、锗金属均在全球占据领先地位。
1、镓
镓元素是一种很稀有的化学元素,符号为Ga,原子序数为31,在20℃的标准大气压下是一种柔软的银色金属,熔点非常低,只有29.7646℃,而沸点却很高,达到2400℃。镓因为在制造原子弹时是必要的组成部分,早在第二次世界大战期间就被认为是一种战略性关键金属。镓具有高熔点、高导电性和高光电效应等特点,因此,近年成为电子工业的新宠,半导体行业是镓消费的主要领域,特别是芯片上,被称为芯片“维生素”,约占总消费量的80%。同时,金属镓还应用在合金制造、生物医学、太阳能电池等行业中。其实,以镓为基体制备的一系列化合物,才是高新技术领域重要的基础材料,镓以化合物方式应用于半导体之中,如砷化镓(GaAs),再如氮化镓(GaN)。砷化镓作为第二代半导体材料的代表,应用最为成熟,在高频、高速、高温及抗辐照等微电子器件研制中占有主要地位;半绝缘砷化镓材料主要用于雷达、卫星电视广播、微波及毫米波通信、无线通信及光纤通信等领域。
氮化镓作为典型的第三代半导体材料,是目前世界上最先进的半导体材料,是新兴半导体光电产业的核心材料和基础器件,在5G通信、 电源、 新能源汽车、LED 以及雷达等方面具有远大的应用前景。今年,欧洲芯片制造商英飞凌官宣以8.3亿美元现金收购氮化镓全球技术领导者GaN Systems,该公司预测,到2027年氮化镓芯片市场将以每年56%的速度增长。
2、锗
锗属于元素周期表IVA族稀有分散元素,具有高红外折射率、色散率低等光学性质和优良的力学性能,因此,锗是具有战略性质的光信息材料,在空间光伏领域的应用具有不可替代性,可以用于卫星上的太阳能锗电池。锗也是重要的半导体材料之一,在半导体、航空航天测控、核物理探测、光纤通讯、太阳能电池、化学催化剂和生物医学等领域都有广泛应用。2019年全球锗终端需求构成分别是纤维光纤34%、红外光学36%、聚合催化剂4%,电子和太阳能17%、其他领域9%。近年来,伴随电子、半导体等产业的快速发展,市场对二氧化锗的粒度、松装密度、纯度等有了更高的要求,我国政府出台了一系列高纯二氧化锗相关标准及政策,二氧化锗产业结构逐渐得到优化。锗无论是在军工方面还是在民用方面都有着重要作用,锗的消费量也从侧面凸显了一个国家军事实力和经济的发展速度。目前,全球锗的消费以中国、美国、日本三个国家为主,三国总的消费量约占全球的80%以上。
以镓、锗为代表的稀散金属,被称为“工业味精”。伴随着5G通信、物联网、人工智能等领域的快速发展,对高质量半导体的需求更加迫切,镓和锗在这些领域中扮演的角色越来越重要。更为瞩目的是,镓和锗在军事领域中发挥重要作用,用于制导系统、雷达技术等。高科技产业浪潮下依赖稀缺资源,以实现尖端技术实用化。总的来说,金属镓、锗是一种相对小众,但是却必不可少的工业材料,特别是在半导体行业中的应用非常广泛,是一种重要的战略资源。关键矿产既是当今世界经济社会发展不可或缺的重要物质基础,也是战略性新兴产业、清洁能源、国防军工技术发展不可替代的重要物质保障。镓和锗,通俗地说,是我国主控的稀有金属,也美西方最重要的半导体原材料,我国掌握了绝对话语权。
二、无法复制的产业链
其实,镓与锗一年交易只有几百吨,量虽不大,但恰恰对许多重要尖端工业造成重大影响,镓、锗供应的稳定性对整个半导体产业链至关重要,然而其产业链却难以形成,甚至无法复制。
1、镓
地壳中的镓元素含量其实不算太少,和铅、钴差不多,然而与这些元素不同的是,镓元素不会形成自己的矿床,也就是说,在自然界中,镓并不能以游离元素的形态存在,不会存在单独的“镓矿”,大部分赋存于其他元素的矿物中,例如以非常低的含量存在于锌矿石和铝矿石中。我国的镓金属储量居世界第一,约占世界总储量的80%-85%,而美国的镓储量还不到中国的1/40,只有0.45万吨。