惰性气体对芯片制造有多重要?

2022-06-08 由 发布 阅读(241)

俄乌冲突已经持续了超过100天。西方几乎每天都在研究如何制裁俄罗斯,先是减少从俄罗斯进口石油和天然气,后又要求欧美企业停止在俄罗斯的投资,并禁止向俄罗斯供应核心零部件。面对各种千奇百怪的制裁,俄罗斯始终我行我素,岿然不动。 

在半导体领域,无论是Intel、AMD这类芯片公司,还是台积电之类的晶圆厂、亦或ARM这样的架构公司,都已宣布对俄罗斯进行制裁,企图抑制俄罗斯在科技领域的发展。终于,俄罗斯忍无可忍,祭出了大杀器。 

6月2日,俄罗斯工业和贸易部宣布,将在今年年底前对制造半导体必需的氖气等惰性气体进行出口限制,主要针对“不友好国家和地区”。 

什么是惰性气体?

惰性气体又名稀有气体,是指元素周期表上所有0族元素所对应的气体单质,这些气体在常温常压下均是无色无味的单原子气体,难以进行化学反应,相当稳定。常见的惰性气体有:氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氡气(Rn)等等。 

惰性气体常应用于工业、医学、尖端科学技术等领域以及日常生活中,例如灯泡中充入氩气可减少钨丝做的灯芯气化和氧化,进而延长灯泡的寿命;在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属时会用氩气作为保护气;原子能反应堆的核燃料钚,在空气中会迅速氧化,也需要在氩气的保护下进行机械加工;氦是气相色谱法中的载色剂、温度计的填充剂,也用于盖革计数器和气泡室等辐射测量设备中;氦和氩还可以用作焊接电弧的保护气。 

惰性气体如何提炼? 

其他几种氖气、氙气、氪气、氩气大多来自于空气分离,空气无处不在,只要产业链成熟均可提炼。但氦气比较特殊,空气中的氦元素非常少,仅为百万分之5.2,所以氦气几乎都是从天然气中提取。众所周知,俄罗斯不但是能源大国和粮食大国,也是天然气大国,自然成为了惰性气体大国,其占据了全球惰性气体供应量的30%。 

芯片制造中的惰性气体 

芯片制造环节中,除了需要用到光刻机、光刻胶、硅片等关键设备和原材料以外,惰性气体也是必不可少的原料。利用惰性气体极不活泼的化学性质,可用于生产过程中的保护气,其中,氖气、氙气、氪气是芯片制造过程中必不可少的原材料,相当于半导体产业的血液。例如,氖气对于雕刻电路,芯片制造的精细化及稳定起着十分重要的作用,全球近8成的氖气 被用于半导体制造。所以,没有了惰性气体,就没法制造芯片。 

但惰性气体并不能直接用于半导体的生产制造,需要以混合气体的形式使用,例如氪氖混合气、氟氖混合气等等,这类混合气体也成为电子特种气体。全球电子特气市场主要被美国空气化工、德国林德、法国液化空气、日本太阳日算这4家公司掌控,总共占据全球90%以上的市场份额,同时也占据了我国电子特气市场88%的份额。 

电子特气存在技术壁垒,对气体纯度,混合气体配比精度等具有极高要求,导致很多厂商不会轻易更换电子特气供应商。所以,不仅是芯片制造环节,即便在电子特气供应链中,国产替代同样任重而道远。 

俄罗斯对惰性气体的掌控力 

俄乌冲突的另一位主角乌克兰,其氙气和氪气在全球市场份额也分别达到了40%和30%。另外,在乌克兰的马里乌波尔和敖德萨有2家惰性气体工厂占据了全球氖气50%的供应量,马里乌波尔已被俄罗斯占领,敖德萨也近乎是俄罗斯的囊中之物,这两家工厂目前处于关闭状态,致使全球氖气失去了将近一半的产能。 

实际上,乌克兰的惰性气体产量虽高,但原料惰性气体混合物都是从俄罗斯进口再进行二次加工后,才生产出高纯度惰性气体。所以说,俄罗斯对惰性气体供应链有着无可替代的掌控力,堪比中国对稀土资源的掌控。氖气价格已从2020年底的300元/立方涨至如今的1.6万元/立方,中国稀土仍只卖出了“土”的价格。 

随着俄乌冲突的持续发酵,全球惰性气体价格始终在高位运行,惰性气体对半导体领域的影响俨然在放大,芯片发货周期一延再延。作为“工业心脏”的芯片价格已经因为“缺芯”而持续上涨,很多下游产业的成本已不堪重负,最终会传导到终端产品上面。未来,在俄罗斯正式断供之后,惰性气体的价格势必会继续走高,而制裁俄罗斯的那些半导体企业终究会失去话语权。