半导体通过精准切换导体与绝缘体特性实现电流智能控制,主流半导体材料因具备四价原子结构,在晶格中形成可控的电子流动通道,进而支持集成电路、晶体管、二极管等关键器件的功能,支撑起整个信息产业的底层架构。
三大主流材料
硅(Si):来源于石英岩、硅砂矿床,储量丰富、提纯与结晶工艺成熟。
硅是半导体芯片最受欢迎的选择,自20世纪50年代以来一直被投入使用中。
硅供应丰富,特别是以石英石的形式供应。这种材料易于提取、纯化和结晶;它的熔点比锗高,适应高温制程;更重要的是,硅可以通过掺杂工艺(如注入硼或磷等杂质)来改变其电学特性,制造具有不同导电类型的半导体材料(P型或N型)。
主要生产于:中国(占全球产量近80%)、俄罗斯、巴西、美国、挪威。
锗(Ge):来源于锌矿石加工副产品、煤灰,电子迁移率高。
第一批半导体是由锗制成的,虽然锗丰富且价格便宜,但它的稳定性不如硅,熔点也较低。目前锗常用在计算机芯片和生产光纤电缆、太阳能电池和卫星图像传感器中。
主要产区于:中国(约60%)、加拿大、芬兰、俄罗斯、美国。
砷化镓(GaAs):来源于镓(铝土矿及锌加工副产品)、砷(铜矿副产品),有更高的电子浓度与热稳定性。
砷化镓适用于射频、光电与高频通信设备。虽然镓和砷都是大量独立生产的,但砷化镓在半导体生产所需的纯度较高。根据CRMA的数据,世界上只有少数几个公司生产这种材料,这些公司几乎全部位于中国和日本。
主要产区:中国、日本(少数欧洲与加拿大企业具备高纯度生产线)。
市场需求:2024年全球半导体材料市场规模达675亿美元,同比增长3.8%。AI、5G基站、太阳能及LED应用持续拉动需求。
然而三大材料产能高度集中于少数国家,尤其以中国占据主导地位。任何贸易限制或政策调整都可能导致短期供给紧张。
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