鎵和鍺兩種稀有金屬，它們?cè)诎雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的“江湖地位”究竟如何？

8月1日?qǐng)?zhí)行的出口管制，對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)乃至全球經(jīng)濟(jì)會(huì)帶來什么影響？

眾所周知“硅”是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，但是“鎵”和“鍺”也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不可或缺的重要基礎(chǔ)材料，特別是鎵金屬家族，以其優(yōu)異的特性和廣泛的用途，成為第2代、第3代和第4代半導(dǎo)體的核心材料。

在地球土壤中，鎵和鍺都沒有獨(dú)立礦脈，主要伴生在鋁土、鉛鋅、褐煤、銅礦床中。因此如果想要提煉出鎵和鍺，就需要一起大量提煉其他金屬，目前沒有單獨(dú)生產(chǎn)鎵和鍺的可行方案。

而且鎵和鍺的加工設(shè)備，生產(chǎn)工藝，專利技術(shù)大多掌握在中國(guó)企業(yè)手中，生產(chǎn)線大部分設(shè)備也是企業(yè)自主研發(fā)的，因此其他企業(yè)無(wú)法在市場(chǎng)上找到成套設(shè)備和技術(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)壁壘較高。

得益于中國(guó)是全球的鋁、鋅、鉛頭號(hào)生產(chǎn)大國(guó)，因此我們才能“順帶”產(chǎn)出了全球約98%的鎵金屬，70%左右的鍺金屬，擁有無(wú)可爭(zhēng)議的市場(chǎng)主導(dǎo)權(quán)。

鎵（Ga）

鎵的原子序號(hào)31，目前全球已探明總儲(chǔ)量?jī)H為23萬(wàn)噸，中國(guó)以80%的儲(chǔ)量份額位居世界第一，其次是俄羅斯（5%），加拿大（3%），澳大利亞（3%）和美國(guó)（2%）。

鎵本身具有低熔點(diǎn)（29.76℃）和高沸點(diǎn)（2204.00℃）的特性，因此可以用來做高溫溫度計(jì)的填充料，其合成的低熔合金可以用作核反應(yīng)堆的熱交換介質(zhì)。

砷化鎵是第二代半導(dǎo)體材料的代表，電子遷移率是硅的五倍，在高頻、高速、高溫及抗輻射等高端電子器件中占據(jù)主要地位，產(chǎn)品廣泛用于雷達(dá)、衛(wèi)星、微波/毫米波通信、無(wú)線通信（以手機(jī)為代表）及光纖通信等高性能應(yīng)用場(chǎng)景。

氮化鎵作為典型的第三代半導(dǎo)體材料，是新興半導(dǎo)體和光電子產(chǎn)業(yè)的核心材料，廣泛應(yīng)用在高性能電源、5G通信、新能源汽車、LED以及雷達(dá)等領(lǐng)域，氮化鎵也是目前最先進(jìn)有源相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵材料。

氧化鎵則屬于研究中的第四代超窄禁帶材料，它的禁帶寬度高達(dá)4.9eV，大于碳化硅的3.2eV和氮化鎵的3.39eV，因此具備耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻照等特性。而且它的電子容易被激發(fā)躍遷、遷移率高，可應(yīng)用于電力器件、紅外探測(cè)、激光器等專業(yè)領(lǐng)域。未來，氧化鎵有機(jī)會(huì)替代碳化硅和氮化鎵成為新一代半導(dǎo)體材料的主角。

鍺（Ge）

鍺（Ge）的原子序號(hào)32，緊鄰著鎵，在化學(xué)元素周期表中隸屬于碳族，在地殼中含量約為7ppm，全球已探明儲(chǔ)量約8600噸，儲(chǔ)量分布為美國(guó)46%，中國(guó)41%，俄羅斯10%，其他國(guó)家3%。

鍺是第一代半導(dǎo)體材料，鍺三極管是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的開山鼻祖，雖然后來在芯片領(lǐng)域內(nèi)完敗給了硅（Si），但現(xiàn)在它卻在光纖通信、紅外夜視技術(shù)和光伏領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)占鰲頭。

由鍺合成的四氯化鍺（ GeCl? ）是制作高性能光纖的必備原料，鍺光纖具有容量大、光損耗小、色散小、傳輸距離長(zhǎng)、無(wú)環(huán)境干擾等優(yōu)點(diǎn)。

它是目前唯一可工程化應(yīng)用的光纖，是當(dāng)前光通信網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分。一般多模光纖消耗四氯化鍺量為10g/km，單模光纖消耗四氯化鍺量為2g/km。

鍺具有紅外折射率高、紅外透射頻帶寬度大、吸收系數(shù)低、色散率小、易加工、不易閃爍、不易腐蝕等特點(diǎn)，在2-16um紅外波段具有非常好的透光性能，具備優(yōu)秀的成像能力和色彩還原能力，因此在軍用和民用紅外光學(xué)成像系統(tǒng)里，設(shè)備采用的鏡片都得用到鍺。

而且由于鍺鏡片還具備耐高溫和光學(xué)質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，也被大量應(yīng)用在激光器中。

用鍺做襯底材料的砷化鎵太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)50%。

而且具備良好的抗空間輻射和耐高溫性能，因此廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星、空間站、月球車、火星車等宇航裝備中。

鍺的載流子遷移率和散熱性比硅要優(yōu)秀，因此在某些高速開關(guān)和需要密集散熱的高性能元器件上，還需要用鍺來做原材料，摻鍺的半導(dǎo)體器件被包括二極管、晶體管/復(fù)合晶體管、光電器件、霍爾磁敏器件、壓力傳感器、光電輻射探測(cè)器等。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年全球鍺金屬的終端需求構(gòu)成分別為光纖應(yīng)用34%、紅外光學(xué)36%、聚合催化劑4%，電子和太陽(yáng)能17%、其他領(lǐng)域9%。

鎵鍺限令帶來的影響：

我們以美國(guó)為例，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)的鎵相關(guān)原材料對(duì)中國(guó)的依賴度為100%，鍺金屬相關(guān)原材料對(duì)中國(guó)的依賴程度超過50%。

因此當(dāng)中國(guó)限制鎵和鍺的出口禁令生效后，這些需求缺口美國(guó)在全球是找不到其他的貨源。

自建供應(yīng)鏈？暫且不說可行性和經(jīng)濟(jì)性，遠(yuǎn)水也解不了近渴。

因此，遲來的鎵鍺出口禁令，雖然只是跨出一小步但是卻意義重大。

首先它有力地回?fù)袅四承﹪?guó)家不斷升級(jí)的科技霸凌。

其次對(duì)于稀缺的戰(zhàn)略性物資，我們有必要做好保護(hù)和管理。

再次是面對(duì)金融資本肆虐，市場(chǎng)高度泡沫化和通脹奔騰的年代，我們有必要反思全球的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，重新認(rèn)識(shí)原材料、制造、商品和服務(wù)的價(jià)值，?讓“貨”重新成為“幣”之本，讓實(shí)體產(chǎn)業(yè)成為推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的健康動(dòng)力。

小提示：

更多詳細(xì)報(bào)告可搜索公眾號(hào)【芯智雲(yún)城】，解鎖更多文庫(kù)權(quán)益，暢讀千份行業(yè)報(bào)告，成就行業(yè)達(dá)人?。?！