今天小編分享的科技經驗：兩個元素，撬動半導體全球化，歡迎閲讀。
誰能想到，周期表上的兩個金屬元素在一夜時間成為了大家熱議的話題呢？7 月 3 日，商務部、海關總署發布《關于對镓、鍺相關物項實施出口管制的公告》（以下簡稱《公告》），其中指出，根據《中華人民共和國出口管制法》《中華人民共和國對外貿易法》《中華人民共和國海關法》有關規定，為維護國家安全和利益，經國務院批準，決定對镓、鍺相關物項實施出口管制，滿足相關特性的物項，未經許可，不得出口，該公告自 2023 年 8 月 1 日起正式實施。
這兩種物質都有什麼用呢？目前，镓的消費領網域包括半導體和光電材料、太陽能電池、合金、醫療器械、磁性材料等，其中半導體行業目前是镓最大的消費領網域，約占總消費量的 80%，而鍺作為同樣重要的半導體材料，在半導體、航空航天測控、核物理探測、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫學等領網域都有廣泛而重要的應用。
可以説，镓和鍺兩種金屬在半導體行業中有着不可或缺的作用，雖然二者都不是稀土元素，產量也不高，但第一生產大國都是中國，根據美國地質調查局的報告，中國是全球最大的镓和鍺生產國，占全球镓產量的 95% 以上、鍺產量的 67% 以上，在 2018 年至 2021 年間，美國 53% 的镓進口和 54% 的鍺進口來自中國。
事實上，美國雖然镓的儲量較低，但鍺的儲量并不低，目前全球鍺已探明的總儲備量約 8000 噸，美國占 3800 噸，位列世界第一，而镓在世界範圍内也有不少分布
很多人心裏可能會有這樣的疑慮：國家發布對镓、鍺相關物項的出口管制後，包括美國在内的其他國家也可以選擇自己生產這兩種金屬，擺脱對中國材料的依賴。
這樣的想法倒也不能説錯，但镓和鍺并不能用這樣簡單的思路去揣測，它們背後的門道，并不比台積電生產一塊 4nm 芯片簡單多少。
不可或缺的材料
首先需要説明的是，镓和鍺同屬于稀散金屬，這類金屬以地殼豐度極低，在岩石中極為分散，難以富集為特征，有觀點甚至認為它們不能形成 " 獨立礦床 "，這些特征也決定了它們富集成礦需要特殊的成礦條件及控制因素，其成礦理論、找礦模型和勘查技術并不完全等同于其他類型礦床。
而镓雖然是地殼豐度最高的稀散金屬 ( 15μg/g ) ，但可獨立礦物卻是最少的，僅在南非 Tsumeb 鉛鋅礦床中發現硫镓銅礦 ( CuGaS2 ) 和羟镓石 ( Ga ( 0H ) 3 ) 兩種獨立礦物，絕大多數都以伴生金屬的形式存在，目前探明的絕大部分镓都伴生在鋁土礦床中，主要分布在非洲、大洋洲、南美洲、亞洲等地。
20 世紀 60 年代初，金屬镓開始引起各國的注意。砷化镓作為一種新型優質半導體的研究熱興起，随着砷化镓化合物用作半導體材料的優異性能不斷被發現，砷化镓也被廣泛應用到微波器件、激光器和發光二極管等產品中。
镓相關產品中，氮化镓（GaN）是最具代表性的第三代半導體材料之一，是目前世界上最先進的半導體材料，而砷化镓（GaAs）則是第二代半導體材料的代表，在高頻、高速、高温及抗輻照等微電子器件研制中占有主要地位。
細分國家產量來看，中國镓產量全球最高。德國和哈薩克斯坦分别于 2016 年和 2013 年停止了镓生產（2021 年德國宣布将在年底前重啓初級镓生產），匈牙利和烏克蘭分别于 2015 年和 2019 年停止镓生產。2020 年全球從礦山原料中生產粗镓的國镓僅有三個，分别為中國、日本、韓國和俄羅斯，中國作為全球最大的粗镓生產國，截止 2021 年的全球產量占比已超 90%。
前面提到，镓主要作為鋁土礦的伴生礦而存在，這也就導致了大家不會去單獨生產镓，而是在煉制氧化鋁中順勢精煉出來的副產品，統計數據顯示，中國生產的精煉氧化鋁僅占全球的一半左右，那為什麼在粗镓生產上，中國能用 50% 的產能做到一枝獨秀呢？
原因倒是很簡單，不賺錢的賠本買賣沒人做，在镓的價值得以發掘後，市場中的粗镓價格就一直在穩步下降中，這就導致了很少有氧化鋁企業願意去擴產來精煉镓。20 世紀 70 年代，镓的售價高達每千克 3000 美元，镓的產量在 2015 年達到了 575 噸的歷史峰值，但價格卻僅為每千克 200-300 美元，此後連續幾年的低價已經讓一大堆歐美的氧化鋁企業撤出了市場。
這也帶來了一個問題，短期内的镓價格上升，根本無法吸引那些企業重新開設精煉镓的工廠，因為建廠的成本遠超過這部分差價，萬一建完廠之後價格再跌下去，這部分激情開廠的企業到時候就欲哭無淚了。
當然了，國家下場幹預也是解決思路的一種。今年 3 月 9 日，美國與歐盟正在推進一項以關鍵礦產為重點的貿易協定的起草工作，即 " 關鍵礦產俱樂部 " 的倡議，其目的就是排除中國對關鍵礦產供應的影響。
不過镓受到出口限制，最該着急的不是美國和歐盟，而是隔海相望的日本，由于日本半導體產業發達，年消費量漲幅較大，是镓資源的第一消費大國，截至 2013 年，日本消耗的镓達到了 97 噸，主要依賴進口和再生镓 ( 镓資源回收 ) ，而進口的主要來源當然就是中國。
就目前情況來看，精煉技術和精煉設施并非一朝一夕就能構建，有現成的镓可以買到，誰也不願再去花大力氣虧本開采，大規模現貨只有向中國購買這一條路可走，美國、歐盟和日本都未能免俗。
再來説説鍺，它相較于镓來説，又有一些細節上的不同，鍺在地殼中含量 1.5μg/g，也很難獨立成礦，一般以分散狀态分布于其他元素組成的礦物中。含鍺礦床可分為 " 煤型 " 含鍺礦床和 " 鉛鋅型 " 含鍺礦床，因此工業鍺主要來自鉛鋅礦床和富鍺煤的副產品。
目前全球已探明的鍺儲量僅為 8600 噸，主要分布在中國、美國和俄羅斯，其中美國保有儲量為 3870 噸，占全球含量的 45%，其次是中國，占全球的 41%。美國含鍺礦床主要分布在阿拉斯加、田納西州和華盛頓州，以鉛鋅礦床為主；我國含鍺礦床主要在内蒙古和雲南，在鉛鋅礦床和煤礦中均有；俄羅斯含鍺礦床主要分布在遠東和西伯利亞，以煤礦為主。
依據鍺的特性，主要發展出了三方面的用途：首先，鍺具有紅外折射率高、紅外透過波段範圍寬、吸收系數小、色散率低、易加工和耐腐蝕等特點，非常适合制作成鍺單晶用于紅外光學鏡頭和紅外光學視窗。
其次，摻鍺光纖具有容量大、光損小、色散低、傳輸距離長且不受環境幹擾等優良特性，GeCl4 作為制作光纖預制棒的重要摻雜劑，能夠提高纖芯折射率，使傳輸光向更長的波長區擴展，極大地提高了光纖傳輸效率，減少了能耗。
最後，鍺也能用于制作成鍺襯底砷化镓太陽能電池，這類電池具有高效率、高電壓、耐温性好等特點，其能量轉化率高達 50%，遠遠超過了傳統的多晶硅 ( 17%~19% ) 和薄膜電池 ( 6%~13% ) ，被廣泛地應用于空間光伏和地面光伏領網域。
如前文所説，和镓不同，中國的鍺礦儲量，并沒有壓倒性的優勢，美國已探明的鍺儲量位居世界第一，但在產量上卻遠不及中國，美國在 2013 年就開始大量進口鍺礦，基本放棄了粗鍺的開采，只負責精煉加工。
很多人覺得，這是美國在保護自己的戰略性資源，實則不然。
美國雖然是全球最大的鍺儲量國，但它的鍺資源主要以與鉛鋅礦伴生為主，鍺能生產多少，全看鉛鋅礦的產量，想要提升鍺礦的產能，就得大肆開采鉛鋅礦，而鉛和鋅作為重金屬，開采起來的污染不小，驟然大幅提升產能，可能還會對地下水造成污染。
而我國的鍺主要來自于含鍺褐煤與鉛鋅礦，集中在雲南和内蒙古等地，其中褐煤占據了大部分已探明的儲量，不論是開采難度還是環境污染，都小于鉛鋅礦，這也是國内能夠做到大量出口鍺礦的主要原因之一。
鍺的情況并不比镓樂觀多少，一旦身為最大出口國的中國開啓出口管制，美國和日本這些對鍺消費量較高的國家地區，一樣會受到很大的衝擊，且短時間内無法建立合适的供應渠道。
更重要的是，中國作為半導體、通信、光伏等產業發展最為迅速的國家，對于镓和鍺這兩種稀散金屬的需求量和消費量本就不低，而國内的鋁土礦和含镓褐煤經過多年的開采，已經出現了枯竭的迹象，适當地進行出口收縮，也能夠幫助國内企業适應未來原料低品位化，從而幹擾推動開發更低成本的金屬提取工藝。
如今對镓和鍺進行出口管制，從另一種角度看，也是讓產業從初級向高端發展，将資源優勢轉化為產業優勢的一種手段。
逆全球化與再全球化
今年 6 月，清華大學教授魏少軍在集成電路論壇上，發表了《半導體產業的再全球化》的演講，其中公布了不少有關國内半導體的數據，值得注意的是，盡管國產芯片的價值份額從 2013 年的 13% 上升到 2022 年的 41.4%，但作為 " 中國制造 2025" 倡議的一個關鍵目标，半導體自給率到 2025 年仍然無法達到 70%。
他強調的是，中國半導體制造行業過去十年間的加速增長，主要是由于外國公司在中國經營的晶圓廠所帶動的。從 2016 年起，中國本土投資者所有的半導體公司的平均復合年增長率（CAGR）為 14.7%。然而，來自中國台灣、韓國和其他地方的非中國大陸晶圓制造企業的復合年增長速度更高，達到了 30%。這不僅使中國半導體產業的擴張速度翻倍，也凸顯了中國半導體制造業對外部廠商的持續依賴。
可以説，國内半導體產業受益于全球化的發展，在新世紀到來後得以在全球半導體中扮演一個重要角色，來自世界各地的投資和需求讓國内的半導體企業乘上了東風，完成了從無到有，從有到豐富的蜕變過程。
但國内的半導體，成也全球化，敗也全球化，當國際形勢變化，新冠疫情來臨之際，半導體全球化過程也随之中斷，供應鏈出現碎片化，在這樣的逆全球化的背景之下，對外部依賴較高的國内半導體制造業自然就會受到巨大的衝擊。
如今，主要國家和地區的半導體供應鏈，開始走上了一條逆全球化的路：美國拿出了《芯片法案》，包括英特爾、三星、台積電、格芯和德州儀器等在内的多家公司正在美國建設新的晶圓廠；日本大舉拉攏台積電、美光等半導體大廠，同時推進與 IBM 和 Rapidus 的合作，推進開發 2nm 制程工藝；歐洲也出台了對應的芯片法案，要在 2030 年之前，把目前 10% 的全球半導體市場份額翻一倍 ……
同時，這些國家紛紛出台對中國的半導體限令，上到美國，下到日本，小到芯片，大到設備，通通被列入了管控的範圍之内，國内半導體企業空有一身功夫卻難以施展。
也難怪台積電創始人張忠謀在幾次采訪中重申 " 全球化已死 " 的觀點，他表示，種種管制與實體清單的作法，讓全球化和自由貿易走向死亡，他也認為，全球供應鏈的 " 分叉 " 和逆全球化帶來的是成本大幅上升，在提高了芯片的價格之餘，也降低了芯片的普及性。
如此境地之下，國内半導體更不能閉門造車，必須像魏教授在演講中説的那樣，堅定去走再全球化的路線，擴大開放，讓更多外資進來共同發展半導體。
但再全球化并不是背靠廣闊市場和充裕人力就能高枕無憂的，如何在地緣政治因素幹擾下，吸引并留住外資企業，同時解決國產企業在技術、設備和材料上的後顧之憂，才是再全球化的現實難題。
而市場和原料，既是國内的優勢，必要時候也是一種實現再全球化的反制手段。
2022 年，全球镓市場規模達到 20.46 億元（人民币），中國市場規模 7.77 億元，全球鍺市場規模相對更小，2022 年僅有 16.15 億元，在細分出來的半導體領網域中只會更少，兩者确實沒辦法和動辄幾千億美元的半導體市場相提并論。
但它們确實能夠撬動千億美元級别的市場，原因不在于它的重要性，而是一種全球化的思維行為慣性，美國日本數十年如一日地享受低價的中國原料，正是全球化帶來的好處之一，而美國的 CPU、DRAM，日本的 NAND、CMOS 能暢銷于中國，同樣是全球化的影響之一。
牽一發而動全身正是對全球化的最好概括，只要是在享受着全球化便利的國家，就無法真的置身事外，不論是逆全球化也好，去全球化也罷，只是利用自己本身在全球化中的影響力，利用全球化的手段，來達成非全球化的目的，在這個過程中，反而更容易受到外部因素的影響。
放眼世界，再全球化的土壤處處皆在，而逆全球化卻是温室中培育，誰的未來更茁壯，早已不言而喻。
哪裏會有真的跳出三界外，不在五行中的半導體產業呢？
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