《電子技術(shù)應(yīng)用》
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稀土VS半導(dǎo)體,哪個(gè)更重要 ?

2021-03-15
來(lái)源: 全球半導(dǎo)體觀察
關(guān)鍵詞: 稀土 半導(dǎo)體

  工業(yè)的“血液”叫石油,工業(yè)的“糧食”是芯片,而工業(yè)的“維生素”,名曰稀土。在全球的工業(yè)體系中,中東控制了“血液”,美國(guó)控制了“糧食”,而中國(guó)則占據(jù)了“維生素”大部分市場(chǎng)。

  稀土金屬是位于元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱,第一個(gè)稀土元素發(fā)現(xiàn)距今已有227年。之所以命名為稀土,是當(dāng)時(shí)受到古希臘哲學(xué)的影響,認(rèn)為世間萬(wàn)物皆由空氣、水、火和土構(gòu)成,所有氧化物都稱作“土”,而這種“土”非常罕見(jiàn),就叫它稀土。

  但事實(shí)上,隨著科學(xué)的發(fā)展人類(lèi)已經(jīng)意識(shí)到了“稀土不稀”這個(gè)事實(shí),比如,稀土中的鈰,在地殼中的儲(chǔ)量跟銅差不多,最罕見(jiàn)的稀土金屬是銩,儲(chǔ)量是黃金的200多倍。

  半導(dǎo)體中的稀土

  稀土金屬,稀有金屬和稀散金屬共同組成了“三稀金屬”,而三稀金屬被應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面,尤其是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。比如第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵,碲化銦,第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵等,此外稀土金屬還在拋光、靶材、激光燈方面,以其優(yōu)異的物理和化學(xué)屬性發(fā)揮著巨大作用。

  稀土常被用作拋光材料,氧化鈰是拋光粉最常用的材料,其中高鈰拋光粉主要用于石英、光學(xué)鏡頭等硬質(zhì)玻璃長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)拋光;中鈰拋光粉用于中等精度的光學(xué)鏡頭及液晶顯示器等工件的拋光;低鈰拋光粉主要用于平板、顯像管玻璃等拋光。

  在半導(dǎo)體靶材領(lǐng)域,也有稀土相關(guān)身影出現(xiàn),雖然絕大多數(shù)半導(dǎo)體芯片的濺射靶材都是采用的銅、鋁等傳統(tǒng)金屬,但仍有相當(dāng)一部分采用的是鉭靶、鉬靶等為主。比如鉬和氧化銦常被用做平板顯示靶材,鉭被用做芯片的靶材,鎢被用作存儲(chǔ)器芯片的靶材。

  稀土的另一大用途則是在激光方面,甚至有觀點(diǎn)認(rèn)為稀土孕育了人造激光。

  目前已知約有320種激光晶體,其中約290種是摻入稀土作為激活離子的,比如摻釹釔鋁石榴石晶體,可以用作重復(fù)頻率高的脈沖激光器,氟化鋰釔可以被用作二極管泵浦的激光晶體。

  在半導(dǎo)體制造中,激光扮演著重要角色,無(wú)論是激光切割,還是光刻機(jī)的光源。ASML的激光器是由德國(guó)通快提供的,而位于福建的福晶科技是通快的供應(yīng)商。福晶科技是全球激光晶體龍頭,雖然沒(méi)有直接證據(jù)表明福晶科技與ASML有必然聯(lián)系,但至少證明中國(guó)的稀土在全球產(chǎn)業(yè)鏈中都有舉足輕重的地位。

  除此之外,鋱?jiān)乜梢宰鳛榇殴赓A存材料,并得到了大規(guī)模使用,用該材料做的磁光光盤(pán),存儲(chǔ)能力能夠提高10~15倍;在需要放大波長(zhǎng)1550nm光信號(hào)的電信網(wǎng)絡(luò)中,摻鉺光纖放大器是必不可少的光學(xué)器件;霍尼韋爾等企業(yè)曾用鍶制作光子芯片;日本的昭和電工也曾經(jīng)開(kāi)發(fā)出基于鈷元素的耐高溫半導(dǎo)體材料,稀土相關(guān)金屬在半導(dǎo)體領(lǐng)域可謂無(wú)處不在。

  稀土與軍工

  半導(dǎo)體與稀土在很多領(lǐng)域都是如影隨形的,比如在軍工領(lǐng)域,沒(méi)有稀土與半導(dǎo)體的軍工,無(wú)法形成強(qiáng)大的威懾力。

  如今,幾乎所有的大中型武器都實(shí)現(xiàn)了電子信息化,小到夜視儀,大到飛機(jī)、坦克和航母,半導(dǎo)體無(wú)處不在,而稀土在特定的軍事領(lǐng)域,也發(fā)揮著極強(qiáng)的作用。

  根據(jù)美國(guó)國(guó)防部的相關(guān)資料稱,每架隱身的F-35打擊戰(zhàn)斗機(jī)都需要920磅(417公斤)稀土材料;每艘阿利伯克級(jí)驅(qū)逐艦需要5200磅(2.4噸);一艘SSN-774弗吉尼亞級(jí)潛艇需要9200磅(4.2噸)。

  在激光制導(dǎo)等領(lǐng)域,半導(dǎo)體常常與稀土共同出現(xiàn),甚至一些武器直接是用稀土命名。比如坦克使用的摻釹釔鋁石榴石激光測(cè)距機(jī),這是現(xiàn)代先進(jìn)坦克的標(biāo)配裝備,從美國(guó)的M1到英國(guó)的“挑戰(zhàn)者”和德國(guó)的“豹2”,無(wú)一例外,它的測(cè)量距離達(dá)到20公里,精度比普通的光學(xué)測(cè)距儀高很多。

  稀土與汽車(chē)

  稀土和半導(dǎo)體的另一個(gè)大的交集則在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)。汽車(chē)電子如今已經(jīng)成為一個(gè)專有名詞,截止目前,全球的汽車(chē)電子市場(chǎng)已經(jīng)逼近2萬(wàn)億元的市場(chǎng)規(guī)模,隨著新能源汽車(chē)與自動(dòng)駕駛技術(shù)的持續(xù)發(fā)力,汽車(chē)電子還將持續(xù)高速增長(zhǎng),而稀土也將迎來(lái)更大的成長(zhǎng)空間。

  稀土在汽車(chē)方面的應(yīng)用也是無(wú)處不在,比如釔被用來(lái)生產(chǎn)緊湊型熒光燈,氧化鈰以其優(yōu)異的催化性能,已經(jīng)可以取代傳統(tǒng)的鉑(Pt)和銠(Rh)等貴金屬,用于汽車(chē)尾氣處理,每年用在汽車(chē)尾氣凈化方面的氧化鈰消耗量大約1.15萬(wàn)噸。

  鋱和鏑被用來(lái)生產(chǎn)能在高溫下良好運(yùn)行的磁鐵,而磁鐵是汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的重要組成部分,這些元素大部分國(guó)家都需要從中國(guó)進(jìn)口,尤其是日本。

  據(jù)悉,一般汽車(chē)整車(chē)有30多個(gè)部件要用到稀土永磁磁鐵,而高端車(chē)更是有70多個(gè)部件需要用到稀土永磁材料,用以完成各種控制動(dòng)作。

  一輛高級(jí)轎車(chē)需要稀土永磁材料約0.5kg-3.5kg,在新能源汽車(chē)上這些量更大。每輛混合動(dòng)力車(chē)較傳統(tǒng)汽車(chē)要多消耗5kg釹鐵硼;純電動(dòng)車(chē)中,稀土永磁電機(jī)替代傳統(tǒng)電機(jī)要多使用5-10KG釹鐵硼。

  稀土VS半導(dǎo)體

  最近幾年,稀土市場(chǎng)會(huì)拿出來(lái)和半導(dǎo)體一起進(jìn)行討論。但值得注意的是,稀土與半導(dǎo)體在產(chǎn)業(yè)規(guī)模上不可相提并論。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2018年中國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值約900億元人民幣,而2017年,全球的半導(dǎo)體產(chǎn)值為4767億美元,稀土與半導(dǎo)體的產(chǎn)值比起來(lái)小太多了,甚至不及半導(dǎo)體一個(gè)零頭。

  在技術(shù)上,稀土的技術(shù)門(mén)檻和涉及的上下游也和半導(dǎo)體差距很大。

  稀土的核心門(mén)檻是精煉能力,在這方面中國(guó)是全球第一。但別國(guó)若想在技術(shù)上追平我國(guó),或許比我們?cè)诎雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)投入的資金與時(shí)間少許多。

  在上下游產(chǎn)業(yè)鏈中,半導(dǎo)體牽扯到的產(chǎn)業(yè)鏈無(wú)疑更為廣泛,從設(shè)計(jì)到制造、還有設(shè)備,材料等一大堆產(chǎn)業(yè),就拿臺(tái)積電來(lái)說(shuō),其供應(yīng)商的數(shù)量就超過(guò)了3000家,稀土無(wú)疑不需要這么長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈條。

  綜述,從產(chǎn)業(yè)規(guī)模來(lái)說(shuō),稀土與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)或許不能相提并論,但重要性而言,工業(yè)缺少“糧食”會(huì)萎縮,缺少“維生素”也會(huì)衰退,兩者的區(qū)別只是在于哪種衰落的更快而已,不過(guò)由于稀土規(guī)模小,有時(shí)候可以達(dá)到四兩撥千斤的效果。

 

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