镓、锗、光刻胶、超纯石英等，那些影响全球半导体的关键材料

去年以来，中国对镓、锗、锑、超硬材料、石墨等两用物项实行了出口管制措施。

12月3日，商务部发布“关于加强相关两用物项对美国出口管制的公告”：禁止两用物项对美国军事用户或军事用途出口；原则上不予许可镓、锗、锑、超硬材料相关两用物项对美国出口；对石墨两用物项对美国出口，实施更严格的最终用户和最终用途审查。

据报道，中国开始限制向美国出口后，使得镓的价格已攀升至每公斤595美元，创2011年来最高价格。

半导体材料是半导体产业的重要组成部分，包括晶圆制造材料和封装材料两大类。如硅片、掩模版、电子气体、光刻胶等在半导体制造过程中起着至关重要的作用。镓、锗、锑也与半导体有不小的关系。比如，镓被称为“半导体工业新粮食”，主要用于复合半导体、集成电路、雷达、电视和手机屏幕、太阳能电池板等领域。

在半导体材料领域，不同国家对某些材料有着较为显著的掌控力。

01

中国：镓、锗、锑

镓：“半导体工业新粮食”

镓是一种银白色的稀有金属，在地壳中的含量稀少，主要与铝、锌等矿物伴生，提取难度较大。

对于镓资源的战略地位，全球早有共识，美国、欧盟、日本都将镓作为战略性或关键性矿产资源。2011年，我国也将镓列为战略储量金属之一。镓早在第二次世界大战期间就被认为是一种战略性和关键金属。

镓用于化合物半导体，可提供更快的运行速度、更低的功耗或更高的耐热性，结合多种元素以提高电视和手机荧幕、太阳能电池板和雷达的传送速率和效率。其中，氮化镓已广泛应用于为5G 网络基站供电的芯片中，也被军方应用于雷达系统中，并且越来越多地应用于电动汽车充电器中；砷化镓用于无线通讯和激光器的一些元件。

据美国地质调查局公布的数据显示，当前全球镓的储量为27.93万吨，而中国一个国家的储量就达到19万吨，占全球储量的68%，而美国储量只有0.45万吨，还不及中国储量的1/40。在镓金属产量方面，中国更是占有绝对主导地位，在全球每年300吨粗镓产量中，中国就占了290吨，占全球产量的96%以上，可以说中国对镓金属的供应拥有绝对的控制力。

锗：“半导体工业的维生素”

锗被誉为“半导体工业的维生素”。是一种灰白色的准金属，质硬，属于碳族，化学性质与同族的锡与硅相近，不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液，但溶于王水、浓硝酸或硫酸。世界上第一支晶体管的材料是锗，且直到20世纪60年代之前锗在半导体中还占主要地位。它在光纤通信、红外成像、太阳能电池等多个高科技领域发挥着不可或缺的作用。

在第三代与第四代先进半导体中，锗也是核心元素之一。如硅锗化合物可用于制造高速晶体管和集成电路，能加快芯片速度。锗在光纤通信领域也有重要应用，用于制造光纤的纤芯，能够提高光纤的传输性能。

相比于其他稀有金属，美国拥有全球最多的锗储备，占全球的45%，略高于中国（41%）。与镓的储藏情况类似，锗也没有单独的富矿可供开采，而是以伴生矿的形式分布在含硫化物的铅、锌、铜矿以及特定的煤矿中。美国的锗资源虽然丰富，但主要以铅锌伴生矿为主，这也意味着美国需要大量生产铅锌，才能从中提炼出极少量的锗，据统计，美国每年自产的锗只能满足国内需求的5%左右，其余均需依赖进口。

中国锗资源主要来源于褐煤矿，开采相对便利。此外，中国政府在锗产业上给予了大力支持，推动了锗产业链的快速发展。目前，中国已成为全球最大的锗生产国和出口国，年产量占全球总产量的70%以上。

锑：显著提升半导体的导电性

锑因其独特的物理化学性质，在现代工业中占据重要地位，尤其是在半导体制造领域。

锑常用于掺杂硅以制造n型半导体，这一过程能够显著提升半导体的导电性，进而提高其性能。此外，锑化铟作为一种化合物半导体材料，以其高电子迁移率和对红外光的敏感性，广泛应用于红外探测器、热成像仪、红外LED和光电子器件中。以锑为基础的材料也在LCD和OLED显示器中被用于制造薄膜晶体管。

锑矿比稀土更加稀缺，在地壳中的含量约为0.0001%，是极稀战略金属。我国锑的储量、产量、出口量在世界上均占世界第一位。

美国《防务新闻》2022年提到，美国众议院军事委员会的相关报告显示，中国长期以来是“最大的锑矿开采和精炼国，也是美国的主要进口来源。根据美国国防战略储备的锑资源储备，一旦被切断相关供应，美国最快在2025年就将出现短缺。”

02

日本：光刻胶与ABF（味之素堆积膜）板

光刻胶：高端ArF和EUV领域，日企市场占有率超过90%

光刻胶，顾名思义，就是光刻机在光刻过程中使用的聚合物薄膜材料，英文直译过来是光致抗蚀剂，能在紫外光、电子束、离子束、X射线等照射或辐射下，发生聚合或解聚反应，把图案留在硅片上。

光刻胶类型划分

全球五大光刻胶生产商中，日企独占四家，JSR、东京应化、信越化学及富士胶片拿下全球超70%的光刻胶市场。特别是在最高端的ArF和EUV领域，日企市场占有率超过90%。

不仅是市场份额，日企在光刻胶领域的专利申请量和技术水平在全世界也是遥遥领先。根据2021年9月，日本光刻胶专利申请量占全球该领域专利数量的46%，一家独大，排名第二的是美国，占25%。中国则仅以7%的占比，排在韩国之后，排名全球第四。2023年，全球共有5483件光刻胶专利，日本独占63%。

日本在半导体材料领域的地位已经得到了全球的认可，这也让日本获得了主动权。日本政府曾多次限制光刻胶等半导体材料的出口，其中，影响最深远的就是2019年7月，日本政府宣布对出口韩国的半导体工业材料加强审查和管控，并将韩国排除在贸易“白色清单”以外。这些半导体材料包括含光刻胶、氟聚酰亚胺、氟化氢。

直到2023年，日韩才“冰释前嫌”，日本取消对韩国包括光刻胶等三种关键材料的出口限制，同时，韩国也撤回之前向世界贸易组织（WTO）提出的申诉。

ABF（味之素堆积）膜

IC载板为半导体封装中关键的封装材料，按基板材质主要分为BT载板与ABF载板。ABF载板行业高度集中，全球前十大供应商占据80%以上的市场份额。ABF载板的核心原材料——ABF膜。ABF 膜是一种用于半导体封装的层间绝缘材料，是制造高端 CPU 和 GPU 不可缺少的材料，目前几乎没有替代品。

ABF 膜当前由日本味之素公司垄断。

味之素公司在20世纪90年代发现，味精生产过程中产生的一种化学副产品可用于制造绝缘膜，而绝缘膜对高性能芯片而言至关重要。此后30年，该公司一直控制着ABF的供应。该产品甚至以它命名——味之素堆积膜。

味之素之所以能够垄断市场原因在于两点：

第一，成本。味之素把 ABF 的利润压得足够低，做到量大利薄，其他企业插足进来很难实现盈利，因此也就没有企业愿意去竞争。

第二，技术。味之素的这种 ABF 材料拥有数十年的技术沉淀（包括秘密配方），其他企业进行技术研发虽然也能生产出来，但是品质不一定能够达到 ABF 的级别，性能不一定能够满足芯片对材料的苛刻需求。

03

美国：超纯石英

芯片从诞生发展至今经历了不断的迭代升级，唯有一种主要材料没有发生变化，即半导体硅片。

半导体硅片的制造，就需要用到“石英”作为原料，通过将其中的硅元素加以纯化，制成高纯度的硅晶棒，切片之后制成半导体硅片。

由于半导体硅片对于纯度要求极高，因此其对于原料的纯度要求也是非常的高，通常需要“高纯石英”作为原料，杂质的纯度必须低于10ppm，这意味着其二氧化硅含量应做到99.999%（5N）或99.998%（4N8）以上。此外，高纯石英也被用于精密光学玻璃以及光伏、照明等产业。

据称，该地区供应全球90%的超纯石英，这种石英是芯片制造的关键原料，它用于制造用于生产半导体中使用的高纯度硅的坩埚，这些坩埚中的硅锭被切割成薄片，用于印制晶体管和电路，进而制造芯片，是价值6000亿美元半导体行业的基础。这些坩埚所用石英纯度需达99.999%，以防止在高温下与更纯净的多晶硅反应。

Oslo-headquartered公司将斯普鲁斯派恩描述为“地球上唯一一个石英纯度足够生产制造半导体锭所需坩埚的矿场。”

该地区超纯石英的一旦发生长期中断可能影响智能手机、电脑到太阳能板等电子产品关键组件的下游生产，冲击全球芯片供应链，特别是当今处于AI服务器需求激增和高端芯片供应紧张之际。尽管全球有其他高纯度石英的来源，但斯普鲁斯派恩的石英在纯度、数量和获取性方面具有无可比拟的优势。

Vince Beiser在其著作《一粒砂的世界》中提到，尽管在俄罗斯、巴西、印度和中国等国家存在一些小型生产商，但这种关键材料的供应高度集中在一个人口约2000人的小镇上是“相当疯狂的”，目前来看没有真正的替代品。