一克只賣2塊5的金屬，憑什么成為半導(dǎo)體關(guān)鍵材料？

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全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的命脈，拿捏住了。

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7月3日，商務(wù)部、海關(guān)總署發(fā)布公告，宣布中國將從8月1日起，對鎵和鍺2種金屬的相關(guān)物項實施出口管制。

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所有相關(guān)產(chǎn)品的出口，都要向商務(wù)部提出申請，進行嚴格審查。

這次限制出口，意義何在?

98% vs 2%

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簡單說，就是有能力在短期內(nèi)影響整個產(chǎn)業(yè)，而以這個產(chǎn)業(yè)為支點的、人類社會最重要的一個萬億產(chǎn)業(yè)，未來也將被重重撼動。

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說“影響整個產(chǎn)業(yè)”，是因為中國在這方面有絕對的控制權(quán)。

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這里先說說具有代表性的鎵。

目前全球金屬鎵的儲量約為27.93萬噸，而中國的儲量最多，達到19萬噸，占全球儲量的68%左右。

當然，從儲量上看，68%的占比雖然高，但依然有3成在外面，顯然稱不上能“絕對控制”。

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但是，儲量只是儲量，不是產(chǎn)量，落到實際生產(chǎn)上又不同。

根據(jù)美國地質(zhì)勘探局數(shù)據(jù)，2021年，全球總共生產(chǎn)了430噸鎵，我們一家就生產(chǎn)了420噸，第2名是俄羅斯，生產(chǎn)了……5噸。

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420：5：3：2，中國貢獻了全世界98%的鎵產(chǎn)量，這就是當前全球鎵產(chǎn)業(yè)的基本格局。

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那么，有沒有可能其他國家迅速推動那剩下32%的鎵儲量進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，替代中國的鎵呢。

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基本沒有可能。

因為鎵作為典型的稀散元素，并不會像大多數(shù)人認識的鐵、銅、鉛鋅等金屬一樣，獨立形成大規(guī)模礦藏，基本上都是在鋁土礦和鉛鋅礦中形成伴生鎵礦床。

可以說，在現(xiàn)代金屬生產(chǎn)鏈條上，鎵其實是鋁或鋅的副產(chǎn)品。

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根據(jù)公開資料，目前全球90%以上的原生鎵都是在生產(chǎn)氧化鋁的過程中提取的。

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國內(nèi)金屬鎵生產(chǎn)的龍頭企業(yè)——中國鋁業(yè)公司、東方希望(三門峽)鋁業(yè)有限公司，光看名字就知道他們主要業(yè)務(wù)。

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要大規(guī)模生產(chǎn)鎵，就要大規(guī)模開張氧化鋁生產(chǎn)線。

然而，鋁是一種早就被人類大規(guī)模生產(chǎn)和使用的金屬，產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)成熟穩(wěn)定，這意味著絕大部分氧化鋁產(chǎn)品的生產(chǎn)不存在決定性的技術(shù)壁壘，不能帶來很高的附加值，賺錢的就是靠擴大產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模和上下游整合帶來的極致成本壓縮。

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在這方面，“制造業(yè)規(guī)模連續(xù)13年全球第1”和“全世界唯一擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中所列全部工業(yè)門類”的中國顯然具有優(yōu)勢。

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去年，中國生產(chǎn)了全球57%的氧化鋁，這還是全球氧化鋁處于產(chǎn)能過剩狀態(tài)，國內(nèi)全行業(yè)開工率80%的情況下。

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如果國外要大興工程，再造一個氧化鋁產(chǎn)業(yè)鏈，要付出的成本將是天價。

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不過，目前有一種說法是，日本等國正在大力推進回收再生鎵，以后只要回收已有的鎵產(chǎn)品，可以很大程度替代從中國進口的鎵原料。

但是根據(jù)USGC的《2023礦產(chǎn)商品概要》，只有紐約1家工廠會在生產(chǎn)砷化鎵器件的過程中回收廢料生產(chǎn)再生鎵。而從舊產(chǎn)品中提取再生鎵的數(shù)量，文件顯示為“0”(none)。

也就是說，至少在美國，所謂再生鎵，其實也只是原料鎵精細加工的產(chǎn)品，依然需要使用原料鎵。

而在7月6日，在被問及這兩種關(guān)鍵金屬的戰(zhàn)略儲備情況時，美國的回復(fù)是“目前沒有鎵的庫存儲備”。

撬動萬億產(chǎn)業(yè)的支點

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盡管中國掌控著鎵的生產(chǎn)，但如果鎵是沒什么用的東西，那這種掌控力也就毫無意義。

但是事實是，鎵的作用實在是太大了，大到影響國家乃至人類的未來。

之所以這么說，是因為鎵基本上綁定了3個字：

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半導(dǎo)體。

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砷化鎵作為第二代半導(dǎo)體材料的代表，在高頻、高速、高溫及抗輻照等微電子器件研制中占有主要地位，尤其是許多高精尖軍工產(chǎn)品不可或缺的部分。

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而在風起云涌的第三代半導(dǎo)體大潮中，氮化鎵和碳化硅一起，并列第三代半導(dǎo)體材料的“雙子星”地位。

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與傳統(tǒng)材料相比，第三代半導(dǎo)體材料的核心優(yōu)勢在于更寬的禁帶寬度，使得它們具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點，更適合制造耐高溫、耐高壓、耐大電流的高頻大功率器件。

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當然，單純從第三代半導(dǎo)體市場本身來看，盤子并不大。

2021年，綜合Yole、IHS的數(shù)據(jù)顯示，全球SiC和GaN的整體市場規(guī)模達24.16億美元，較2019年增長了50.9%。經(jīng)初步估計，2022年全球SiC和GaN的整體市場規(guī)模或達到31.22億美元。

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TrendForce集邦咨詢研究預(yù)測，在主要應(yīng)用領(lǐng)域——功率器件方面，碳化硅功率器件到2025年的全球市場規(guī)模將達到33.9億美元，而氮化鎵功率器件市場規(guī)模將達到8.5億美元，合起來只不過40億美元出頭。

在可以預(yù)見的未來，整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主角還是第一代半導(dǎo)體構(gòu)筑的集成電路產(chǎn)業(yè)。

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不過，直接產(chǎn)值不高，不代表不重要。相反，隨著人類社會電氣化程度的加深，高頻大功率器件的重要性將日益凸顯。

第三代半導(dǎo)體就好像一個杠桿支點，撬動著多個重要產(chǎn)業(yè)的未來。

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其中影響最直接的，當屬電動汽車產(chǎn)業(yè)。

拋卻社會對新技術(shù)的習(xí)慣性妖魔化，電動汽車要在消費者中推廣，依然存在一個應(yīng)用上的致命問題——續(xù)航焦慮。

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要破解續(xù)航焦慮，主要方法有二。一是增加電池，加強蓄能能力，但受制于成本和電池重量，電池增加存在經(jīng)濟性上限;第二個方向則是使用高功率充電樁，提高補能效率，讓充電和加油一樣快。

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根據(jù)P=UI的功率公式，要提高功率，要么加大電壓，要么加大電流。

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如果要加大電流，那就必須面對電流熱效應(yīng)帶來的損耗。根據(jù)Q = I^2Rt的公式，在同樣的線路和充電時間中，如果電流增大，那么發(fā)熱將以指數(shù)增長，不僅對汽車、充電樁的散熱系統(tǒng)有嚴苛的要求，造成成本飆升，還讓大量能量白白損耗。

所以電動汽車上高壓平臺，成為行業(yè)公認的選擇。

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當然不僅是充電，高壓平臺也會降低車內(nèi)電路和器件運作的損耗，反過來也增加了續(xù)航。

目前受制于硅基功率器件的性能，市面上絕大部分電動汽車還在使用400V平臺。

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但是業(yè)內(nèi)估計，今年以內(nèi)，800V平臺就會成為行業(yè)新的“內(nèi)卷”領(lǐng)域。

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反過來說，與之相適應(yīng)的第三代半導(dǎo)體新器件開發(fā)，也到了迫在眉睫的時候。

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這里說的第三代半導(dǎo)體新器件，主要還是碳化硅。

因為到目前為止，氮化鎵還不能承受太高工作電壓，在800V電壓平臺上，碳化硅的高壓工作特性會更具有應(yīng)用優(yōu)勢。

氮化鎵則更側(cè)重高頻應(yīng)用，主要在電動汽車OBC、DCDC、儲能電源系統(tǒng)等環(huán)節(jié)，以及小容量、高端光伏逆變器中，或者是在智能手機、5G基站等通訊領(lǐng)域提供射頻信號和天線之間的最后一級功率放大。

但是在未來，隨著氮化鎵耐壓能力進一步提升，其在性價比方面的優(yōu)勢將被放大，在新能源市場的應(yīng)用優(yōu)勢將越發(fā)明顯。

如果氮化鎵能應(yīng)用于電動汽車動力系統(tǒng)的主逆變器，從而獲得與碳化硅相當?shù)捏@人高容量，就將釋放巨大的市場增量。

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前瞻根據(jù)EV volume和Statista的數(shù)據(jù)并結(jié)合近年來全球新能源汽車市場價格變化情況預(yù)測，2023年全球新能源汽車市場規(guī)模為4576億美元，到2028年，這個市場規(guī)模就將突破萬億美元。

中國手中每年“區(qū)區(qū)”400多噸產(chǎn)量的鎵，以2022年均價2500元/公斤計算，市場規(guī)模不過10億人民幣，未來卻有可能成為撬動這個萬億美元市場的關(guān)鍵因素。