日企計劃量產(chǎn)GeO2晶圓，但關鍵原材料握在我們手里

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

據(jù)了解，GeO2被認為是下一代功率半導體，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體的候選者。與SiC相比，GeO2制成的功率半導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發(fā)商Patentix合作，以盡快將其推向市場。

Qualtec計劃在2027年之前提供用于設備原型開發(fā)的2英寸外延晶圓樣品。與此同時，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。通過利用Patentix的研究成果，讓GeO2晶圓直徑增大的同時，也有望實現(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向立命館大學創(chuàng)業(yè)公司Patentix投資5000萬日元（折合人民幣約239萬元），結成資本與業(yè)務聯(lián)盟。8月，該公司在草津市開設實驗室，以支持Patentix的研發(fā)，并正在考慮GeO2外延片的制造。由GeO2晶圓制成的器件預計將應用于電源、電機和逆變器上。


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)是一種化學元素，元素符號Ge，原子序數(shù)32，原子量72.64，在化學元素周期表中位于第4周期、第IVA族。鍺單質(zhì)是一種灰白色準金屬，有光澤，質(zhì)硬，屬于碳族，化學性質(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。

鍺的原子結構包括32個質(zhì)子和電子，以及相應數(shù)量的中子。在化學反應中，鍺原子通常以四價態(tài)存在，即共享或失去了四個電子形成Ge4+離子。

鍺具備多方面的特殊性質(zhì)，在半導體、航空航天測控、核物理探測、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫(yī)學等領域都有廣泛而重要的應用，是一種重要的戰(zhàn)略資源。在電子工業(yè)中，在合金預處理中，在光學工業(yè)上，還可以作為催化劑。

高純度的鍺是半導體材料。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。鍺材用于輻射探測器及熱電材料。高純鍺單晶具有高的折射系數(shù)，對紅外線透明，不透過可見光和紫外線，可作專透紅外光的鍺窗、棱鏡或透鏡。

20世紀初，鍺單質(zhì)曾用于治療貧血，之后成為最早應用的半導體元素。單質(zhì)鍺的折射系數(shù)很高，只對紅外光透明，而對可見光和紫外光不透明，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材料。二氧化鍺是聚合反應的催化劑，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年以來光纖通信行業(yè)的發(fā)展、紅外光學在軍用、民用領域的應用不斷擴大，太陽能電池在空間的使用，地面聚光高效率太陽能電站推廣，使得全球對鍺的需求量在持續(xù)穩(wěn)定的增長。

21世紀初期，全球光纖網(wǎng)絡市場尤其是北美和日本光纖市場的復蘇拉動了光纖市場的快速增長。全球光纖需求年增長率已經(jīng)超過了20%。

鍺的使用領域

半導體產(chǎn)業(yè)：鍺在半導體行業(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能電池和紅外探測器的制造。

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。

光學應用：由于鍺對紅外輻射的透過性，它被廣泛應用于紅外光學系統(tǒng)和紅外成像技術。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)等領域。

化學催化劑：鍺化合物常用作催化劑，在化學工業(yè)中具有重要的應用。鍺催化劑可以促進化學反應的進行，并用于生產(chǎn)聚合物、制備有機化合物等。鎵和鍺作為稀有金屬元素，在高科技領域、電子行業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)等方面扮演著重要的角色。隨著科技的不斷進步，對這兩種元素的需求也在不斷增長。


關鍵材料我國已管制出口

2023年7月3日，商務部和海關總署發(fā)布《關于對鎵、鍺相關物項實施出口管制的公告》。《公告》指出，為維護國家安全和利益，我國將于8月1日起，對鎵、鍺相關物項實施出口管制。7月4日，有色鍺、鎵概念股開盤大漲，云南鍺業(yè)等多股漲停。

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

中國現(xiàn)代國際關系研究院世界經(jīng)濟研究所研究員陳鳳英指出，關鍵礦產(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，開采資源也意味著較高的環(huán)境成本，通過出口管制實現(xiàn)對有限資源的保護，也是維護國家安全與利益的一種體現(xiàn)。

業(yè)內(nèi)專家告訴中國化工報記者，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體材料之一，鍺是被多國列入戰(zhàn)略儲備物資的重要戰(zhàn)略資源，在芯片、太陽能電池、生物科技和武器制造等領域具有極其重要的潛在價值。中國鎵和鍺的產(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，鎵和鍺后期的價格走勢備受各方關注。對此，北京安泰科信息股份有限公司鉛鋅稀貴事業(yè)部相關負責人接受記者采訪時表示，目前，《公告》剛宣布還未實施，但鍺價受消息影響已出現(xiàn)明顯抬升。預計到7月中下旬，市場情緒將逐漸穩(wěn)定，《公告》對鎵和鍺相關產(chǎn)品價格走勢產(chǎn)生的影響也才會逐步顯現(xiàn)。鎵和鍺行業(yè)的當務之急是理性拓展產(chǎn)業(yè)鏈，穩(wěn)定營收，避免同質(zhì)化無序競爭和低水平重復建設。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;其他企業(yè)要理性看待市場風口，對于新增產(chǎn)能要謹慎考慮，統(tǒng)籌規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局。