芯片制造的关键材料金属镓！中国储量全球第一，欧美也要大量进口

本文为「金十数据」原创文章，未经许可，禁止转载，违者必究。

众所周知，作为“工业维生素”，稀土是一种重要的战略金属资源，没了它，很多高科技产品都玩不转。而有一种战略金属资源，同样在高科技领域中应用广泛，也是芯片制造的关键材料。这种资源与稀土一样，都是我国的优势矿种，储量和产量全球第一。那么，到底是哪种战略金属资源？这就是接下来为各位介绍的金属镓。

镓是一种银白色的稀有金属，它的熔点很低，是自然界中少有的在常温下呈液体的金属。由于它在地壳中含量稀少，分布又比较分散，所以没有独立的矿床，主要与铝、锌、锗等矿物伴生，比较难提取。要知道，2020年全球粗镓产量也不过是300吨，其中，中国的产量就高达290吨，占全球产量的96%以上，其它的粗镓产国连中国的零头都不到。

不止是产量，中国的金属镓储量同样是全球第一。根据美国地质调查局（USGS）公布的数据，目前全球金属镓的储量约为27.93万吨，而中国的储量最多，达到19万吨，占全球储量的68%左右 ；相比之下，美国的储量还不到中国的1/40，只有0.45万吨。可见，与稀土一样，金属镓也是我国手中的一张王牌。

那么，这种金属资源到底有什么用？首先，它是芯片制造的关键材料。提到半导体材料，各位可能会想到碳化硅，但或许不知道氮化镓，它们都是第三代半导体的关键材料。相比硅材料，氮化镓的禁带宽度、电子饱和迁移速度和击穿场强都更胜一筹，这些优点使其在射频器件和电力电子器件的制造上更有优势。

比如近年来大家广泛关注的5G技术，它所使用的高频无线电波脉冲芯片组，就是用氮化镓来制造的，并且这种材料耗电少、发热少，还能够在800摄氏度的高温下工作，相比碳化硅，成本也相对低一点。

其实，除了在半导体领域得到“重用”之外，金属镓以及它的一系列化合物已经广泛应用于新能源汽车、LED照明、太阳能电池以及雷达等众多领域 ，它的很多用途与当前的绿色能源和低碳经济息息相关。

这些年来，节能减排日益受到全球各国的关注，《巴黎协定》还致力于推动各国制定并落实减排任务。可以预想，未来全球对镓的消费需求会越来越大，这种资源在日后也会更“大有可为”。

正因为意识到它的重要性，而且自身储量不多，欧美、日本等国家早就对镓资源进行管控和储备，比如欧盟在2010年发布的14种矿产原料紧缺名单中，镓就位列其中；美国在2018年也将镓列入35种关键矿产清单中 。

然而，日本是全球镓第一大消费市场，美国则紧随其后，欧盟也是重要的镓消费市场，它们自己的镓资源没怎么开发，那么就需要依赖进口了，这其中很大一部分镓就进口自中国。

其实刚也提到，中国的粗镓产量已占到了全球的96%以上，有分析指出，可能也是由于中国的产量大，甚至出现产能过剩，抑制了其它国家的生产。过去几年，哈萨克斯坦、匈牙利、德国和乌克兰等国已先后停止了初级镓的生产，所以我们才会看到，全球粗镓产能几乎被中国垄断。

当然，欧美日等发达国家用到的镓资源并非100%从中国进口。随着镓回收利用技术的不断发展，如今，全球再生镓的产量已经不低了，2020年的产量便达到250吨，并且还呈现逐步上升的趋势，未来甚至不排除会超过粗镓的产量。

所以，欧美等发达国家也有一部分的镓供应来自这些再生镓，尤其是回收产业发展最好的日本，已经有一半的镓供应来自本国的回收产业，逐渐摆脱对中国的依赖。

这些年来，我国新能源汽车、光伏、LED照明等产业迅速发展，也带动了镓以及它的化合物等消费量迅速增长，但不完美的地方在于，我国半导体等产业的发展还落后于美日韩等发达国家，因此，我国的高端精镓产品（高端电子元件）也仍高度依赖进口，这从芯片成为我国第一大进口商品便可以窥探一二。

值得注意的是，近年来，为了解决芯片“卡脖子”等难题，我国已经开始大力发展芯片产业，并提出到2025年将芯片自给率提升到70%的目标。可以见得，接下来国产芯将加速崛起，未来我国的高精镓产品对外依赖也会逐渐降低。

另外，作为我国的一种优势矿种，与欧美国家一样，我国也早就对镓资源进行了相关的管控。比如2011年，我国便将镓列入战略储备金属，计划在适当的时候对它进行收储。随着镓资源重要性日益提升，相信我国还会对这种战略资源进行相关的保护。

文 | 梁锦源 题 | 曾艺 图 | 卢文祥 审 | 陆烁宜

解读芯片的主要构成材料

芯片的主要构成材料通常包括以下几种：

半导体材料：

硅（Si）：最常用的半导体材料，广泛用于各类集成电路和微处理器的制造。

镓砷（GaAs）：具有较高的电子迁移率，常用于高频和光电应用。

硅锗（SiGe）：用于一些高性能应用，常见于低噪声放大器和高频电路。

绝缘材料：

二氧化硅（SiO₂）：用于绝缘和作为栅介质，常被用作薄膜材料。

氮化硅（Si₃N₄）：用于绝缘和保护，具有良好的耐热性和机械强度。

金属材料：

铝（Al）：在早期的集成电路中广泛用于互连，但现在逐渐被铜取代。

铜（Cu）：因其良好的导电性，现今大多数高级芯片中都使用铜作为互连材料。

封装材料：

环氧树脂、塑料或陶瓷：用于芯片的封装，保护内部电路并提供电气连接。

焊锡：用于连接芯片和电路板的引脚。

掺杂材料：

磷、硼、砷等掺杂剂：用于调节半导体材料的导电性，使其变为n型或p型半导体。

通过对以上材料的组合与处理，制造商可以设计出具有特定功能的芯片，应用于计算、通信、传感等多个领域。

相关问答

生产半导体芯片需要19种必须的材料,缺一不可,且大多数材料具备极高的技术壁垒,因此半导体材料企业在半导体行业中占据着至关重要的地位。而日本企业在硅晶...

芯片制造过程中使用的关键材料包括以下几种:1.硅(Si):硅是芯片制造中最重要的材料。硅是半导体材料的一种,具有良好的电导性和热导性,且易于加工成各种形...

制造芯片的主要材料是硅,它的性质是可以做半导体。芯片内部都是半导体材料,大部份都是硅材料,里面的电容,电阻,二极管,三极管都是用半导体做出来的。制造芯片...

泛泛讲是由半导体材料制成芯(集成电路),用合适材料为外壳封装制成的。芯片是商业、使用中的俗称,它就是个超大集成电路,由半导体材料的成千、万、亿个电子器件...

硅半导体。芯片一般是用硅半导体制造的,其上的元器件采用扩散工艺制造,元器件的连线一般是铝线。芯片的耐热程度取决于硅半导体的材质、制造工艺以及封装的散...

新一代芯片材料主要是指碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)这两种材料。相比传统的硅材料,SiC和GaN具有更高的导热性、更高的耐高温性能和更高的电子迁移速度,从而使...

手机芯片主要由硅构成,它是原子晶体,不会溶于水或烟酸,表面有金属的光泽。在水晶、蛋白石、玛瑙、石英等等里面都含有硅,而制作芯片的硅主要来自石英砂,将硅...

芯片是什么材料,芯片是半导体材料。芯片原材料主要是单晶硅,硅的性质是可以做半导体,并且高纯的单晶硅是重要的半导体材料,因此芯片是半导体材料。芯片在电子学...

1、芯片的主要材质是硅,高纯的单晶硅是重要的半导体材料,因此芯片是半导体。2、芯片,又叫做微芯片或者集成电路,英文代称为IC,是指内含集成电路的硅片,通...

计算机芯片通常使用硅作为主要材料。硅具有良好的半导体特性,能够在不同温度和电子流动条件下稳定工作,因此非常适合用于制造芯片。除硅外,还会使用一些其他...