天然砂≠芯片！被低估的半導體用砂_風聞

看似渺小的砂子，最近因為商務部暫停對台出口天然砂火了。

不明真相的網友炸開了鍋，“搞不好跟晶圓有關”“趕緊把芯片囤起來”……

天然砂網絡鑑定磚家們用一知半解的聯想瘋狂炒作：

“台灣半導體可能遭遇重創”，甚至“用天然砂換芯片技術”……

國內某芯片大廠都坐不住了，到投資者平台澄清：

天然砂是建築行業主要原材料，此事對半導體行業影響較小。

闢謠一錘定音，吃瓜羣眾一鬨而散。

半導體究竟用的什麼砂子，卻鮮少有人弄明白。

廣義上，我們習慣將半導體稱作芯片。

小到一個遙控器、電動玩具，一部5G手機，大到一輛特斯拉，未來的人工智能生態圈等等，都要用到少則一個多則上千個的芯片。

狹義上顧名思義，半導體是一種導電性能介於導體與絕緣體之間材料。

而控制導電與不導電，這裏面主要依賴元素——硅（Si）和鍺（Ge）。

當年“晶體管之父”肖克利如果沒有嘗試用硅作為晶體管的材料，現在的硅谷可能是鍺谷。

在當時的貝爾實驗室裏，每天早上都有一羣年輕的博士把窯爐燒製到數千度，然後開始熔化鍺和硅。

他們將一個小的機械柱放入粘稠物中，在機械柱的底部便形成了晶體。

然後用鑷子把晶體夾住放在顯微鏡下，用鑽石刀把它切成小片……

肖克利等人在實驗室研究晶體管

隨着集成電路的誕生與成熟，硅因為更優越的特性取代了鍺，直到今天一直被廣泛使用。

岩石、砂礫、塵土……所到之處都有硅的廣泛存在。

硅砂最常見的形式就是石英（或硅石），主要成分為二氧化硅（SiO₂）。

從硅砂到半導體硅片，要經歷一系列物理和化學操作，含硅量的高純和高精度是關鍵。

因此高純的石英砂才是製造芯片的基本原料。

對於高純石英砂，純度高、雜質含量低於20ppm只是基本入門款。

各純度標準對應產品、應用領域不同，價格差異大。

來源：中泰證券

4N級產品，主要應用於高級照明、電子封裝工業等領域，價格在600-1500美元/噸；

4N8級產品，主要用於光伏、通信工業領域，價格在5500-8500美元/噸；

5N級產品，主要應用於半導體、芯片製造領域，價格飆升至1萬美元以****上，在12000-15000美元/噸。

來源：石英股份招股書

“我們只是大自然的搬運工。”

獲取高純度石英砂，除了主動提純，來源純度越高，品質也越高。

全球的高純石英砂大部分產自美國的一個偏遠地區。

這裏坐落着一家百年老礦Spruce Pine。

此地擁有最純淨的天然石英石，一種地球上格外珍貴的原始沙土。

它曾壟斷了全球90%以上的高純石英砂需求量，在相當長時間內甚至是唯一的來源地。

被BBC稱為“地球上最具戰略價值的平方英畝”。

這些超純的二氧化硅顆粒，在各種邏輯、存儲等硅基芯片方面起着關鍵作用。

有了高純度的硅砂，還需經歷脱氧提純、電弧爐提煉、鹽酸氯化、蒸餾等一系列流程。

最終分離純度高達99%以上的金屬硅或晶體硅，又稱結晶硅或工業硅。

通常來説，95-99%純度的硅稱為工業硅。

太陽能電池板用硅必須是99.999999%（8個“9”）的純度。

純度達99.9999999%至99.999999999%（9-11個 “9”）的，稱為超純多晶硅。

芯片的要求更高，它的硅必須是99.99999999999999%（16個“9”）的純度。

這些無限逼近100％純度的多晶硅，成為後續晶圓、芯片製造的重要原材料。

接着，就是製造晶棒、晶片分片了。

多晶硅被熔化、拉制成了單晶硅棒，用於集成電路芯片製作。

PS，熔化多晶硅的石英坩堝屬於消耗品，所用高純石英砂SiO₂含量需達99.998%以上（高於光伏玻璃的98.55%）。

最終將晶棒橫向切成厚度基本一致的晶圓片（Wafer）。

後續半導體工藝流程都是基於這樣的砂石重新打造出來。

整個一點石成金，化腐朽為神奇。

成型後的硅片，佔據了半導體襯底的核心地位。

由硅製成的硅元器件，佔據了90%以上的半導體器件市場。

從硅砂中提取的硅，因而成為微電子產業最重要的半導體材料。

和建築用砂相比，高純度硅砂的產量微不足道。

去年，全世界生產的高純度石英砂的總量僅為4萬多噸，預計到2024年不過10萬噸。

物以稀為貴，高純度硅砂市場的主導玩家掌握着半導體行業的“金礦”密碼。

作為硅片的上游主要原材料，高純的多晶硅主要被北美、歐洲等海外企業壟斷。

美國尤尼明（Unimin）在全球高端石英砂市場一家獨大，壟斷了國際市場上4N8及以上高端石英砂產品。

其坐擁美國Spruce Pine地區優質的花崗質偉晶岩礦牀，主導着Spruce Pine石英的生產。

尤尼明供應的大部分高純度和超高純度石英，相當於擁有數十年的芯片製造材料，下游廣泛應用於半導體、光伏領域。

另一家挪威TQC在美國Spruce Pine及挪威同時擁有基地，也在該市場上搶佔份額，下游可應用於半導體、光伏及電光源領域。

我國的石英股份是國內高純度石英砂巨頭，具備“礦源”和“提純能力” 。

應用於高級照明、電子封裝工業等多數領域的中低端石英砂，目前已經國產化。

但我國半導體領域用高純石英砂公司仍以進口為主，曾經還被高純石英砂“卡脖子”。

2017年前，高純度硅料稀缺，加上外資廠商壟斷，國產硅片成本居高不下。

其原礦石的國外貨源佔比長期高居不下，在2020年甚至達到了90%。

不過也不用太擔心。

近年來新的高純石英礦牀在勘探，新的化學合成技術或將推動量產，而這項技術無需高純石英原礦石作為原料。

至於此次對台暫停出口的天然砂，它是自然條件作用而形成的岩石顆粒的統稱，主要包括河砂、石英砂、海砂等。

天然砂在基礎建設領域用途比較廣泛，中國台灣天然砂進口量的90%以上都來自大陸。

我國作為基建大國，對天然砂的需求量較大，僅去年一年的進口金額就達到了超13億元的峯值。

據海關統計，去年我國500多萬噸的天然砂進口數量已經是出口數量（130多萬噸）的4倍。

而半導體行業所用的原始硅材料，是各種含硅的礦石，在全球各地都有相當大的儲量。

且半導體這對硅材料的消耗量遠小於建築行業，這一措施談不上造成瓶頸。

實際上，天然砂被限制後，中國台灣砂石業、營建業只能靠內需消耗，對台灣經濟來説可不是什麼好事。

綜上，此天然砂非彼半導體用砂。

天然砂的含硅量和半導體硅砂相比，根本是風牛馬不相及。