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芯片是什么材料做的(看完长见识了)

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众所周知,稀土作为“工业维生素”,是重要的战略性金属资源。没有它,许多高科技产品将无法发挥作用。有战略性的金属资源,也广泛应用于高技术领域,也是芯片制造的关键材料。这种资源与稀土一样,是我国的优势矿种,储量和产量均居世界首位。那么,它是哪种战略金属资源呢?这是对金属镓的下一个介绍。

镓是一种银白色的稀有金属,熔点很低。它是自然界中发现的少数在室温下呈液态的金属之一。因其含量稀少,在地壳中分布分散,无独立矿床,主要与铝、锌、锗等矿物伴生,难以提取。毕竟2020年全球粗镓产量只有300吨,其中中国生产290吨,占全球产量的96%以上。其他生产粗镓的国家还不到中国的一小部分。

除了产量,中国的镓储量也是世界上最大的。根据美国地质调查局(USGS)公布的数据,目前全球镓储量约为27.93万吨,其中中国储量最大,达19万吨,约占全球储量的68%;相比之下,美国的黄金储备还不到中国的四十分之一,只有四万五千吨。可见,和稀土一样,镓金属也是我们手中的一张王牌。

那么,这种金属资源的用途是什么?首先,它是芯片制造的关键材料。提到半导体材料,你可能会想到碳化硅,但你可能不知道氮化镓,它是第三代半导体的关键材料。与硅材料相比,氮化镓具有更好的带隙宽度、电子饱和迁移率和击穿场强。这些优点使其在射频器件和电力电子器件的制造中更具优势。

例如,近年来备受关注的5G技术,使用由氮化镓制成的高频无线电波脉冲芯片组,这种材料消耗更少,产生的热量也更少,可以在高达800摄氏度的温度下工作,成本低于碳化硅。

事实上,除了在半导体中“重复使用”外,镓及其一系列化合物已经广泛应用于新能源汽车、LED照明、太阳能电池和雷达,其许多用途与当今的绿色能源和低碳经济有关。

多年来,节能减排越来越受到世界各国的重视,《巴黎协定》也致力于推动各国制定和实施减排任务。可以预见,未来全球对镓的消费需求将不断增加,这一资源在未来将更加“有前途”。

正是由于认识到镓的重要性和储量小,欧洲、美国、日本等国家长期控制和储备镓资源。例如,欧盟在2010年发布的14种矿物原材料短缺清单中,就将镓列入其中。2018年,美国将镓加入了35种关键矿物的名单。

不过,日本是全球最大的镓消费市场,其次是美国,欧盟也是重要的镓消费市场。他们自己的镓资源还没有开发,所以需要依赖进口,其中很大一部分是从中国进口的。

事实上,正如刚才提到的,中国的粗镓产量已经占到世界粗镓产量的96%以上。有分析指出,这也可能是由于中国产量大,甚至产能过剩,抑制了其他国家的生产。在过去几年里,哈萨克斯坦、匈牙利、德国和乌克兰等国已经停止了原镓的生产,这就是为什么中国几乎垄断了全球粗镓的生产。

当然,欧美、日本等发达国家并不是100%从中国进口镓资源。随着镓回收技术的不断发展,目前全球回收镓的产量并不低。到2020年,再生镓的产量将达到250吨,并呈逐步增加的趋势,未来甚至将超过粗镓的产量。

近年来,中国新能源汽车、光伏、LED照明等产业的快速发展,也带动了镓及其化合物消费量的快速增长。然而,中国半导体产业的发展仍落后于美国、日本和韩国等发达国家。因此,中国高端精细镓产品(高端电子元件)仍然高度依赖进口。由此可见,芯片成为了国内最大的进口产品。

值得注意的是,近年来,为了解决芯片“脖子”等问题,中国开始大力发展芯片产业,并提出到2025年将芯片自给率提高到70%的目标。由此可见,未来国产芯将加速崛起,中国高精度镓产品对外依附性将逐步降低。

此外,镓作为中国的优势矿产,与欧美国家一样,中国长期控制着镓资源。例如,2011年,中国将镓加入了战略金属储备,并计划在适当的时候进行储备。随着镓资源的重要性日益增加,相信中国将继续保护这一战略资源。

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