推上有个ID为@miren_41319的作者在7月8日发布了一个很有趣的信息,据公开资料统计,各国镓的储备状况不一,韩国能用40天、日本还能用30天,荷兰最危险,几乎没库存,马上就要见底了,要是很快将拖累它们的产能,这下都没得玩了。
不过这引出了一个很有趣的话题,这镓在半导体产业中到底有多大用处?镓难道真的只有在中国?要是中国真管制镓出口了,怎么才能从合法的搞到镓?
镓难道真的只有在中国?
很多网友都不太相信镓居然都是中国产的,但2021年的全球镓出口数据毫无疑问的表明了这一点:2021年全球镓产量430吨,其中中国镓资源产量就占了420吨,占比高达97.67%,还有5吨在俄罗斯,剩下3吨在日本,还有2吨在韩国。
那么储量呢?其实还是中国占大头,据美国地质调查局(USGS)的报告,全球镓的金属储量约为27.93万吨,中国镓金属储量19万吨(68%)、美国0.45万吨(2%)、南美洲1.14万吨(4%)、非洲5.39万吨(19%)和欧洲1.95万吨(7%)。
其实非洲和欧洲还是有点希望的,两者相加达到了26%,要是发起恨来,去挖掘下产能,将其提取出来还真能解决不少问题,但问题来了,为什么储备很大的非洲和欧洲几乎没出口一公斤镓?这到底是为什么?
原因很简单,因为镓这种金属从来都不独立存在,都是伴生在铝土矿和闪锌矿中,含量很低,但在氧化铝等金属生产的下脚料中富集,因此在氧化铝生产的绝对老大中国意外的催生了一个镓提取的产业。
2021年世界氧化铝产量占比
因此要是哪个国家如果要专门去提取镓这玩意儿,肯定是不划算的,因为会产生大量的氧化铝废料,但氧化铝这种产业已经非常成熟,成本做到极致才有钱赚,要是为了镓去搞个氧化铝产业,那绝对是要赔掉底裤的。
镓在半导体领域中非常重要,为b将会作为第三代半导体的基材的掺杂剂使用,性能比硅基半导体要好得多,比如氮化镓就有禁带宽度大,电导率高、热导率高,其具有临界击穿电场高、电子迁移率高、频率特性好等特点。成为高温、高频、大功率微波器件的首选材料之一。
但这种优秀的材料市场却不是特别大,2022年时全球镓市场规模才20.46亿人民币(仅包括镓材料,不包括次生市场),看着不小,但与“低价值”的氧化铝相比,简直就是小巫见大巫了,比如2019年全球活性氧化铝市场规模约为41.7亿美元,但氧化铝随处可见,而镓却是稀罕之物,之所以规模小,是因为用量小但却不可或缺。
镓的用途:太重要了
以氮化镓为例,这是新一代宽禁带化合物半导体的代表,虽然镓的熔点低于人的体温,但氮化镓熔点却高达1700℃,与第一代的Si(硅)以及第二代的GaAs(砷化镓)相比,氮化镓具有更大的禁带宽度和出色的击穿场强,能够承载更高的能量密度(耐压),可靠性更高!
另外还具有更高的电子密度和电子迁移率,从而具有低导通损耗、高电流密度的优势,有利于提升器件整体的能效;禁带宽度大、热导率高,因此更耐高温,GaN器件可在200℃以上的高温下工作:
- 通过在碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得GaN-on-SiC外延片可制成射频器件,碳化硅基氮化镓射频器件具备更高效率、更大带宽、更高功率等优势,可更好的满足5G宏基站、卫星通信、微波雷达、航空航天等军事/民用领域对射频器件的高要求。
- 通过在硅衬底上生长氮化镓外延层制得GaN-on-Si外延片可制成功率器件,硅基氮化镓功率器件具备高转换效率、低导通损耗、高工作效率等特点,可在大功率快充充电器、新能源车、数据中心等领域实现快速渗透。
前者在军用领域的相控阵雷达上不可或缺,氮化镓功率射频组件已经成为新一代雷达的必选项,美军的AIM-120导弹,使用氮化镓组件升级,敌机锁定距离增加60%左右,如果是预警机使用氮化镓射频组件,其性能是可想而知的。
后者最常见的就是民用领域,电动汽车,手机快充、电动车快充等,可以用更高的电压、更大的功率让手机与电动车在短时间内充满电,各位只要稍稍注意下就能发现,氮化镓已经成为你手中手机充电器的代名词。
当然不只是衬底领域,氮化镓的产业链还包括衬底制造、外延生长、器件设计、器件制造、封装测试以及下游应用等六个环节,几乎延伸到了半导体领域的方方面面,所以镓这个产业虽然没法和其他巨无霸领域相比,但要是没有镓,这很多半导体产业很有可能就玩不起来了。并且氮化镓还将非常有希望取代Si MOSFET的市场,这个产业规模高达80.67亿美元。
要是中国真管制镓出口了,怎么才能从合法的搞到镓?
7月3日,中国商务部、海关总署发布公告:为维护国家安全和利益,经国务院批准,决定对镓、锗相关物项实施出口管制,本公告自2023年8月1日起正式实施。这明显不是闹着玩的,所以问题来了,要是中国真开始管制了,怎么才能合法的从中国搞到镓?
美国的储备到底是多少?
7月6日,就在中国宣布镓出口管制后,五角大楼一位发言人表示,五角大楼拥有美国战略锗库存,但目前没有镓库存储备。不过根据美国地质调查局的报告,2017年至2021年间,美国53%的镓从中国进口,11%从英国进口,9%从德国进口,7%从乌克兰进口。另外自2019年美国对包括镓产品在内的中国商品加征关税以来,美国开始将进口来源多元化至加拿大、日本和新加坡。
不过除了可能的原生产地外,新加坡本身是不产镓的,他们的镓来源非常可疑,很有可能是经过新加坡的转口贸易而已,因此美国使用的镓来自中国的比例很可能比USGS调查的要更高。
有结余吗?早在中美贸易战之初,美国地质调查局就连续对战略性矿产资源做出清单并进行预警,开始储备关键资源。2021年时,已经扩展到50种。也就是说从特朗普时代开始,美国就开始在稀有金属上做战略储备。
但中国在2009年开始提高环保标准导致大规模减产后,整个稀有金属市场就开始入不敷出,到了2016年之后就开始出现了倒挂,比如金属镓的全球产出与消耗就在2016年出现了倒挂,此后每年都是如此,因此就算是美国早就预备存储,也没能存多少。
但镓不只有原生产地,对于这种高价值的金属产业,还有一个重要的来源是再生镓,这是通过使用了镓的材料中通过一些手段回收出来的镓,不要小看哦,2020年全球镓产量中,除了各国的生产的原生镓以外还有230吨再生镓。大约是总产量的30%略高一些。
所以这将意外的让大家发现一个商机,中美都是精镓生产大国,所以美国生产再生镓是没有问题的,所以中国控制镓出口后,美国使用强大的精镓生产能力,开始大规模从事再生镓生产,还是比较有希望的,不过从事回收的朋友一定知道,回收存在一个可回收率,不可能100%回收,也就是每年递减,一直到无法满足要求为止。
两种手段可以从中国合法搞到镓:原来中国是这个目的!
方法其实已经公布了,一种是中国中国商务部宣布在8月1日后管制镓等38种化合物出口,当然8月1日前也不可以突击出口,而是需要审批,这个时间长达两个月,所以根本就不存在8月1日前大量出口的情况。
另一个是中国管制了38种镓的化合物出口,但却没有管制以镓作为原料生产的成品出货,中国管制镓并非只是管制镓而已,反而将会以此为契机倒闭中国的粗镓产业链升级,成为使用镓的成品出口就完全没有问题了,这样从原料粗镓到精镓再到镓产品,可以将更多的利润留在中国。
所以这会让大家发现一个商机,也就是将镓产业链的上游转移到中国,比如和中国合资建设衬底制造、外延生长、器件设计、器件制造、封装测试以及下游应用等制造厂,作为成品出口就是了,这样即满足了中国管制镓产品的初衷,还让下游厂商拿到了产品,两全其美嘛。
当然这也就是变相的将芯片制造产业向中国投资了,所以中国商务部这招还是挺不错的,只是未来会不会按这个想法走还要观察一段时间。
另一个则是中国的管制必定会催生另一个产业,也就是初级衬底制造、外延生长等这些含镓的产品出口,一个是作为产业链分段给中国制造,另一个有可能是直接作为精镓生产的回收原料,这也不是不可能,因为对于尖端镓应用的军事领域,不可能将前端产业链移到中国。
不过就目前来看,这个过程可能不会很快发生,在中国管制镓出口后,日韩等原生镓厂商可能会增大产能,以填补中国留下的空缺,只是中国留下的空缺太大,一时无法满足,所以笔者设想的这些事实,可能会在不久之后发生。