引言

在“工業(yè)皇冠上的明珠”系列中，還有一個(gè)容易被忽視的“明珠”，那就是電子特氣。

 

準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，是工業(yè)氣體中的氖氣、氦氣、電子特氣等一系列氣體。

可能比起什么打火機(jī)墊片、圓珠筆筆芯、遠(yuǎn)程養(yǎng)狗，這才是目前急需摘下的“工業(yè)明珠”。

近日，中國(guó)煤炭工科集團(tuán)宣布，全球首套3.6萬(wàn)Nm3/d含氦煤層氣提取高純氦氣裝置成功開(kāi)車，我國(guó)高純氦氣取得重大突破。

這是一個(gè)好消息，但距離我國(guó)的“電子特氣”擺脫“卡脖子”問(wèn)題，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

電子特氣，要爭(zhēng)一口“氣”

上到一杯啤酒，下到核磁共振、飛天入海，都需要用到工業(yè)氣體。

光是一個(gè)芯片，在生產(chǎn)過(guò)程中就需要用到上百種氣體，他們統(tǒng)稱為電子特種氣體，簡(jiǎn)稱“電子特氣”。

我們?cè)?strong>低端的工業(yè)氣體上可謂是又大又強(qiáng)，就比如給可口可樂(lè)注二氧化碳，就是湖南的凱美特氣干的活。

但是如氦氣這種廣泛應(yīng)用于造芯片、火箭、飛機(jī)、超導(dǎo)等的氣體，對(duì)外依存度卻超過(guò)了95%。

電子特氣被稱為“芯片制造的血液”，稀土被稱為“制造業(yè)的維生素”，這倆的定位，都是需求量可能不高，但不能沒(méi)有。

但如果說(shuō)在稀土上，我國(guó)已經(jīng)徹底翻身做主人，連外國(guó)人都要看我們臉色行動(dòng)，那么在電子特氣上，還有很長(zhǎng)的一段路要走。

就像那個(gè)比方：“誰(shuí)家廚子做菜還要從種菜開(kāi)始？”

我們?cè)靷€(gè)芯片還得攻克電子特氣的難題，可就連光刻機(jī)王者如阿斯麥，用的電子特氣也是進(jìn)口的。

曾經(jīng)是進(jìn)口德國(guó)、美國(guó)、日本的，現(xiàn)在還加了來(lái)自中國(guó)的供應(yīng)商。

在外界對(duì)我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的封鎖之下，我們不得不“從盤(pán)古開(kāi)天辟地起開(kāi)始種菜”。

從鋼瓶開(kāi)始做起的電子特氣

在生產(chǎn)芯片的過(guò)程中，要用到上百種電子特氣。

雖說(shuō)即使在全球，電子特氣的市場(chǎng)規(guī)模都不大，也才50億美元左右，但小小“一口氣”，卻十分簡(jiǎn)單地卡了我們的脖子。

制造的芯片納米制程越小，對(duì)電子特氣的純度要求就越高。

制造5—7納米的芯片，要求的純度能高達(dá)13N，也就是99.99999999999%，百分比中有13個(gè)“9”。

為了達(dá)到純度的要求，就連用來(lái)裝氣體的鋼瓶都得用進(jìn)口設(shè)備處理。

就曾有中國(guó)的工業(yè)氣體企業(yè)，試圖找中國(guó)鋼廠生產(chǎn)鋼瓶，替代進(jìn)口的。

在接下訂單的時(shí)候鋼廠信誓旦旦表示能做，可等氣充進(jìn)去之后，才發(fā)現(xiàn)由于鋼廠無(wú)法做到把表面“清洗”干凈，最終氣體的純度不合格。

最終，我國(guó)的氣體企業(yè)高價(jià)進(jìn)口了鋼瓶處理設(shè)備。

不過(guò)這是幾年前的事情了，不知道現(xiàn)在我們擁有了這項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有。

如果有的話，這都不是“從種菜開(kāi)始做飯”，而是“從育苗開(kāi)始做飯”了。

一方面是我們提純技術(shù)不足，另一方面，有的氣體國(guó)內(nèi)儲(chǔ)量少、品位低，提純難度更大，對(duì)進(jìn)口就更為依賴。

在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，電子特氣是甚至是第二大材料，占比高達(dá)14%。

而這類氣體，卻有85%來(lái)自全球四大巨頭：德國(guó)林德集團(tuán)、法國(guó)液化空氣、日本酸素控股以及美國(guó)空氣化工。

因?yàn)閹状蠊杨^壟斷了技術(shù)，所以毛利往往很高，有的企業(yè)高達(dá)60%左右。

原本，我們是沒(méi)有這個(gè)“卡脖子”煩惱的，畢竟曾經(jīng)我們“缺芯少屏”，造不出來(lái)當(dāng)然不需要考慮這些。

可現(xiàn)在，我國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有了極大發(fā)展，曾經(jīng)“缺芯少屏”的問(wèn)題已經(jīng)在逐步解決，對(duì)電子特氣的需求，也在逐年穩(wěn)步上升。

曾經(jīng)，日本為了和韓國(guó)競(jìng)爭(zhēng)半導(dǎo)體行業(yè)，禁止向韓國(guó)出口電子特氣，反而倒逼韓國(guó)自主研制電子特氣提取技術(shù)。

現(xiàn)在，日本針對(duì)的對(duì)象就輪到了我們。

2023年7月23日，在參加G7之后指定的，日本針對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的出口禁令正式施行，其中就包含電子特氣，如氟化氫、氮?dú)狻鍤獾?strong>10種高純氣體。

另一方面，即使我國(guó)技術(shù)突破了，還得等兩到三年的客戶審核。

畢竟是高精尖技術(shù)，就算有廠家把這些電子特氣生產(chǎn)出來(lái)了，還要得到驗(yàn)證才能入了賣家的眼。

一般情況下，光是驗(yàn)證的過(guò)程，就要2—3年。

但好處也很明顯，一旦驗(yàn)證通過(guò)，除非倒閉，這個(gè)客戶就基本不會(huì)跑。

最近建成的高純氦氣提取裝置可能也是這樣，雖說(shuō)是建成了，但想它運(yùn)用到工業(yè)中，恐怕還要再等幾年。

如今，我國(guó)已有部分企業(yè)有生產(chǎn)電子特氣的能力，并且通過(guò)了客戶驗(yàn)證。

如華特氣體，研發(fā)的光刻氣就通過(guò)了ASML的驗(yàn)證，成為通過(guò)認(rèn)證的全球唯四的氣體公司之一，目前已經(jīng)能夠生產(chǎn)50種以上的特種氣體。

這也是讓我國(guó)電子特氣從零到有的先行者。

根據(jù)TECHECT的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2023年，我國(guó)的電子特氣市場(chǎng)規(guī)模可以達(dá)到249億元。

畢竟近年來(lái)，半導(dǎo)體、光伏、醫(yī)用器械等項(xiàng)目都在突破，需求也在不斷增長(zhǎng)，等半導(dǎo)體行業(yè)走過(guò)下行周期，必將迎來(lái)又一波增長(zhǎng)。

 

電子特氣，哪些在被“卡脖子”，

哪些技術(shù)突破了？

 

高純度氖氣就是“光刻氣”之一，曾經(jīng)全球70%的氖氣都是由烏克蘭提供。

因?yàn)?ldquo;懂得都懂”的原因，烏克蘭氖氣斷供，價(jià)格暴漲20倍，一時(shí)達(dá)到了1.5萬(wàn)元每立方米的價(jià)格。

2023年年初，另一個(gè)“產(chǎn)氖大國(guó)”俄羅斯，也宣布限制氖氣出口，氖氣價(jià)格又一次暴漲。

如果真的一點(diǎn)氖氣都買(mǎi)不到，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)都得癱瘓。

為此，國(guó)內(nèi)的氖氣供應(yīng)商開(kāi)始了加速成長(zhǎng)。

想要自主提取氖氣，那就必須擁有空氣分離設(shè)備。

也就是將某種特定氣體從空氣中分離出來(lái)，并且達(dá)到一定的純度的設(shè)備。

如制氧機(jī)就是典型的空分設(shè)備，也是最初的空分設(shè)備之一。

有的煤炭工廠需要制氧，數(shù)量高達(dá)每小時(shí)100萬(wàn)立方米，也就是每小時(shí)要提取500萬(wàn)立方米的空氣。

神華寧煤原本要進(jìn)口，但外企的報(bào)價(jià)太高，一臺(tái)每小時(shí)制氧10萬(wàn)立方米的設(shè)備高達(dá)5億，原定的10臺(tái)加上備用的2臺(tái)，花費(fèi)就是60億。

為了節(jié)約成本，其中6臺(tái)引進(jìn)了國(guó)內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)商杭氧股份，和國(guó)外企業(yè)同臺(tái)競(jìng)技。

最后的結(jié)果，是國(guó)內(nèi)的企業(yè)耗資低、能耗低、產(chǎn)氧質(zhì)量還更好，從此大型空分設(shè)備有了國(guó)產(chǎn)。

有了大型空分設(shè)備，我國(guó)氖氣的自主生產(chǎn)，這才提上日程。

氖氣在空氣中的含量僅有0.9%。

相比氧氣高達(dá)20%的在空氣中的含量，氖氣差別太大，制氧機(jī)和提取氖氣的設(shè)備，技術(shù)要求也天差地別。

但因?yàn)橛辛饲懊娴慕?jīng)驗(yàn)，到現(xiàn)在，我國(guó)制造生產(chǎn)的氖氣，占全球市場(chǎng)的份額已經(jīng)高達(dá)40%。

正是國(guó)產(chǎn)設(shè)備的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)的氖氣價(jià)格，才沒(méi)有在各種外部因素的影響下，無(wú)限制地漲價(jià)，成為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的絆腳石。

提起氦氣，一般人想到的可能是街邊賣的綁在一起的氣球。

但因?yàn)楹獬杀颈葰錃飧邘资?，所以不少黑心商販賣的其實(shí)是氫氣球。

氦氣則有更多的用途，就如火箭液體燃料的壓送劑、反應(yīng)堆冷卻器、填充燈泡、制造超導(dǎo)設(shè)備等等，這可能也是它價(jià)格更貴的原因。

它也是電子特氣的一種。

氦氣在宇宙中的含量極高，在地球的大氣層內(nèi)卻很少，占比僅有百萬(wàn)分之5.2。

所以說(shuō)，在人類科技能夠達(dá)到?jīng)_出地球大批量采集氦氣前，這都是不可再生資源。

因?yàn)?strong>從空氣中提取氦氣實(shí)在是太難，現(xiàn)在更多的是從天然氣中提取氦氣。

而我國(guó)的天然氣又是氦氣含量較低的一種，僅僅占了全球2%，而美國(guó)的氦氣儲(chǔ)備量，則一度高達(dá)40%。

當(dāng)然，依照現(xiàn)在的關(guān)系，美國(guó)人是不愿意把氦氣賣給我們的，

我們現(xiàn)在的最大氦氣進(jìn)口商來(lái)自卡塔爾，但卡塔爾的設(shè)備也來(lái)自美國(guó)，很難不受“長(zhǎng)臂管轄”的影響。

不僅是美國(guó)人不愿意賣給我們，就連他們自己都幾乎沒(méi)有氦氣能用了。

由于美國(guó)氦私有化法案的原因，他們?cè)诹畠r(jià)“促銷式”地賣了幾年的氦氣之后，現(xiàn)在其實(shí)也面臨著氦氣短缺的問(wèn)題。

近幾年，因?yàn)楣に嚭图夹g(shù)的突破，我國(guó)氦氣的對(duì)外依存度從95%降到了92%。

但畢竟總量就在這里了，再怎么增長(zhǎng)，都有天花板。

這一次，前文提到的煤層氣提取高純氦氣裝置啟動(dòng)，相信這一新裝置的實(shí)現(xiàn)，能為氦氣國(guó)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)新的突破。

在2023年7月起，日本對(duì)我國(guó)限制出口的氣體中，就有氟化氫。

這是日本的老手段了，日本的半導(dǎo)體雖說(shuō)已經(jīng)不太行了，但半導(dǎo)體關(guān)鍵的氟化氫技術(shù)還是由日本企業(yè)壟斷。

早在2019年，日本就針對(duì)韓國(guó)實(shí)施了出口管制，結(jié)果刺激得韓國(guó)的研發(fā)人員發(fā)憤圖強(qiáng)，到2019年實(shí)現(xiàn)了氟化氫的國(guó)產(chǎn)化。

氟化氫

在我國(guó)，能生產(chǎn)高純度氟化氫的企業(yè)也有，如永和股份等，但也是和韓國(guó)一樣，能產(chǎn)，但距離日本的水平還有一定差距。

半導(dǎo)體這口“氣”，必須爭(zhēng)

根據(jù)《重點(diǎn)新材料首批應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》的規(guī)劃，超高純氤氣、氧氣、氫氣、氦氣等已經(jīng)被列為重點(diǎn)新材料。

目前，國(guó)內(nèi)也有了一批在工業(yè)氣體上“專精特新”的小巨人企業(yè)。

如杭氧股份、僑源股份、華特氣體、凱美特氣等。

這些企業(yè)已經(jīng)站到了國(guó)際工業(yè)用氣市場(chǎng)的第二梯隊(duì)。

相信隨著我國(guó)工業(yè)用氣技術(shù)的突破，未來(lái)將會(huì)有更多企業(yè)涌現(xiàn)出來(lái)。

這個(gè)未來(lái)或許還很遠(yuǎn)，但半導(dǎo)體這口“氣”，我們不能讓他“卡”在“脖子”上。