日企計(jì)劃量產(chǎn)GeO2晶圓，但關(guān)鍵原材料握在我們手里

2月20日，據(jù)日刊工業(yè)新聞報(bào)道，電子元器件廠商Qualtec將于2027年開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)超寬帶隙半導(dǎo)體材料二氧化鍺 (GeO2) 晶圓。

據(jù)了解，GeO2被認(rèn)為是下一代功率半導(dǎo)體，并且是使用即將普及的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）的下一代化合物半導(dǎo)體的候選者。與SiC相比，GeO2制成的功率半導(dǎo)體在高電壓和高輸出范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好性能的潛力。

目前，該公司正在與主要開(kāi)發(fā)商Patentix合作，以盡快將其推向市場(chǎng)。

Qualtec計(jì)劃在2027年之前提供用于設(shè)備原型開(kāi)發(fā)的2英寸外延晶圓樣品。與此同時(shí)，該公司還將努力把用于大規(guī)模生產(chǎn)的襯底直徑增加到4-6英寸。通過(guò)利用Patentix的研究成果，讓GeO2晶圓直徑增大的同時(shí)，也有望實(shí)現(xiàn)缺陷更少且低成本的薄膜沉積。

值得一提的是，2023年12月，Qualtech向立命館大學(xué)創(chuàng)業(yè)公司Patentix投資5000萬(wàn)日元（折合人民幣約239萬(wàn)元），結(jié)成資本與業(yè)務(wù)聯(lián)盟。8月，該公司在草津市開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)室，以支持Patentix的研發(fā)，并正在考慮GeO2外延片的制造。由GeO2晶圓制成的器件預(yù)計(jì)將應(yīng)用于電源、電機(jī)和逆變器上。


鍺的工業(yè)用途

鍺、錫和鉛在元素周期表中是同屬一族。

鍺(Germanium)是一種化學(xué)元素，元素符號(hào)Ge，原子序數(shù)32，原子量72.64，在化學(xué)元素周期表中位于第4周期、第IVA族。鍺單質(zhì)是一種灰白色準(zhǔn)金屬，有光澤，質(zhì)硬，屬于碳族，化學(xué)性質(zhì)與同族的錫與硅相近，不溶于水、鹽酸、稀苛性堿溶液，溶于王水、濃硝酸或硫酸，具有兩性，故溶于熔融的堿、過(guò)氧化堿、堿金屬硝酸鹽或碳酸鹽，在空氣中較穩(wěn)定。

鍺的原子結(jié)構(gòu)包括32個(gè)質(zhì)子和電子，以及相應(yīng)數(shù)量的中子。在化學(xué)反應(yīng)中，鍺原子通常以四價(jià)態(tài)存在，即共享或失去了四個(gè)電子形成Ge4+離子。

鍺具備多方面的特殊性質(zhì)，在半導(dǎo)體、航空航天測(cè)控、核物理探測(cè)、光纖通訊、紅外光學(xué)、太陽(yáng)能電池、化學(xué)催化劑、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛而重要的應(yīng)用，是一種重要的戰(zhàn)略資源。在電子工業(yè)中，在合金預(yù)處理中，在光學(xué)工業(yè)上，還可以作為催化劑。

高純度的鍺是半導(dǎo)體材料。從高純度的氧化鍺還原，再經(jīng)熔煉可提取而得。摻有微量特定雜質(zhì)的鍺單晶，可用于制各種晶體管、整流器及其他器件。鍺的化合物用于制造熒光板及各種高折光率的玻璃。

鍺單晶可作晶體管，是第一代晶體管材料。鍺材用于輻射探測(cè)器及熱電材料。高純鍺單晶具有高的折射系數(shù)，對(duì)紅外線透明，不透過(guò)可見(jiàn)光和紫外線，可作專(zhuān)透紅外光的鍺窗、棱鏡或透鏡。

20世紀(jì)初，鍺單質(zhì)曾用于治療貧血，之后成為最早應(yīng)用的半導(dǎo)體元素。單質(zhì)鍺的折射系數(shù)很高，只對(duì)紅外光透明，而對(duì)可見(jiàn)光和紫外光不透明，所以紅外夜視儀等軍用觀察儀采用純鍺制作透鏡。鍺和鈮的化合物是超導(dǎo)材料。二氧化鍺是聚合反應(yīng)的催化劑，含二氧化鍺的玻璃有較高的折射率和色散性能，可作廣角照相機(jī)和顯微鏡鏡頭，三氯化鍺還是新型光纖材料添加劑。

據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2013年以來(lái)光纖通信行業(yè)的發(fā)展、紅外光學(xué)在軍用、民用領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，太陽(yáng)能電池在空間的使用，地面聚光高效率太陽(yáng)能電站推廣，使得全球?qū)︽N的需求量在持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)。

21世紀(jì)初期，全球光纖網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)尤其是北美和日本光纖市場(chǎng)的復(fù)蘇拉動(dòng)了光纖市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。全球光纖需求年增長(zhǎng)率已經(jīng)超過(guò)了20%。

鍺的使用領(lǐng)域

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)：鍺在半導(dǎo)體行業(yè)中是一種重要的材料。它被用于制造高速電子器件和光電器件，如高純度鍺晶片用于太陽(yáng)能電池和紅外探測(cè)器的制造。

光纖通信：鍺光纖是一種用于光纖通信的重要材料。它具有較高的折射率和透明度，可用于制造高速通信中的光纖和光纖放大器。

光學(xué)應(yīng)用：由于鍺對(duì)紅外輻射的透過(guò)性，它被廣泛應(yīng)用于紅外光學(xué)系統(tǒng)和紅外成像技術(shù)。鍺透鏡和鍺窗口用于紅外傳感器、熱成像儀和紅外激光系統(tǒng)等領(lǐng)域。

化學(xué)催化劑：鍺化合物常用作催化劑，在化學(xué)工業(yè)中具有重要的應(yīng)用。鍺催化劑可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，并用于生產(chǎn)聚合物、制備有機(jī)化合物等。鎵和鍺作為稀有金屬元素，在高科技領(lǐng)域、電子行業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)等方面扮演著重要的角色。隨著科技的不斷進(jìn)步，對(duì)這兩種元素的需求也在不斷增長(zhǎng)。


關(guān)鍵材料我國(guó)已管制出口

2023年7月3日，商務(wù)部和海關(guān)總署發(fā)布《關(guān)于對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制的公告》。《公告》指出，為維護(hù)國(guó)家安全和利益，我國(guó)將于8月1日起，對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制。7月4日，有色鍺、鎵概念股開(kāi)盤(pán)大漲，云南鍺業(yè)等多股漲停。

根據(jù)《公告》，鎵相關(guān)物項(xiàng)和鍺相關(guān)物項(xiàng)未經(jīng)許可，不得出口。其中，鎵相關(guān)物項(xiàng)包括金屬鎵、氮化鎵、氧化鎵、磷化鎵、砷化鎵、銦鎵砷、硒化鎵、銻化鎵;鍺相關(guān)物項(xiàng)包括金屬鍺、區(qū)熔鍺錠、磷鍺鋅、鍺外延生長(zhǎng)襯底、二氧化鍺、四氯化鍺。

中國(guó)現(xiàn)代國(guó)際關(guān)系研究院世界經(jīng)濟(jì)研究所研究員陳鳳英指出，關(guān)鍵礦產(chǎn)資源扼守著戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的咽喉。資源是有限的，開(kāi)采資源也意味著較高的環(huán)境成本，通過(guò)出口管制實(shí)現(xiàn)對(duì)有限資源的保護(hù)，也是維護(hù)國(guó)家安全與利益的一種體現(xiàn)。

業(yè)內(nèi)專(zhuān)家告訴中國(guó)化工報(bào)記者，鎵和鍺是光伏、新能源、通信等新興產(chǎn)業(yè)的重要原料。氮化鎵是最具代表性的第三代半導(dǎo)體材料之一，鍺是被多國(guó)列入戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備物資的重要戰(zhàn)略資源，在芯片、太陽(yáng)能電池、生物科技和武器制造等領(lǐng)域具有極其重要的潛在價(jià)值。中國(guó)鎵和鍺的產(chǎn)量均占全球產(chǎn)量的60%以上，且每年的出口比例都不低。

記者注意到，《公告》發(fā)布后，鎵和鍺后期的價(jià)格走勢(shì)備受各方關(guān)注。對(duì)此，北京安泰科信息股份有限公司鉛鋅稀貴事業(yè)部相關(guān)負(fù)責(zé)人接受記者采訪時(shí)表示，目前，《公告》剛宣布還未實(shí)施，但鍺價(jià)受消息影響已出現(xiàn)明顯抬升。預(yù)計(jì)到7月中下旬，市場(chǎng)情緒將逐漸穩(wěn)定，《公告》對(duì)鎵和鍺相關(guān)產(chǎn)品價(jià)格走勢(shì)產(chǎn)生的影響也才會(huì)逐步顯現(xiàn)。鎵和鍺行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是理性拓展產(chǎn)業(yè)鏈，穩(wěn)定營(yíng)收，避免同質(zhì)化無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)和低水平重復(fù)建設(shè)。業(yè)內(nèi)的優(yōu)秀企業(yè)要繼續(xù)發(fā)揮產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì);其他企業(yè)要理性看待市場(chǎng)風(fēng)口，對(duì)于新增產(chǎn)能要謹(jǐn)慎考慮，統(tǒng)籌規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局。