天然砂≠晶片！被低估的半導體用砂
看似渺小的砂子，最近因為商務部暫停對臺出口天然砂火了。
不明真相的網友炸開了鍋，“搞不好跟晶圓有關”“趕緊把晶片囤起來”……
天然砂網路鑑定磚家們用一知半解的聯想瘋狂炒作：
“臺灣半導體可能遭遇重創”，甚至“用天然砂換晶片技術”……
國內某晶片大廠都坐不住了，到投資者平臺澄清：
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，吃瓜群眾一鬨而散。
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晶片。
小到一個遙控器、電動玩具，一部5G手機，大到一輛特斯拉，未來的人工智慧生態圈等等，都要用到少則一個多則上千個的晶片。
狹義上顧名思義，半導體是一種導電效能介於導體與絕緣體之間材料。
而控制導電與不導電，這裡面主要依賴元素——矽（Si）和鍺（Ge）。
當年“電晶體之父”肖克利如果沒有嘗試用矽作為電晶體的材料，現在的矽谷可能是鍺谷。
在當時的貝爾實驗室裡，每天早上都有一群年輕的博士把窯爐燒製到數千度，然後開始熔化鍺和矽。
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電晶體
隨著積體電路的誕生與成熟，矽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……所到之處都有矽的廣泛存在。
矽砂最常見的形式就是石英（或矽石），主要成分為二氧化矽（SiO₂）。
從矽砂到半導體矽片，要經歷一系列物理和化學操作，含矽量的高純和高精度是關鍵。
因此高純的石英砂才是製造晶片的基本原料。
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。
4N級產品，主要應用於高階照明、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、通訊工業領域，價格在5500-8500美元/噸；
5N級產品，主要應用於半導體、晶片製造領域，價格飆升至1萬美元以上，在12000-15000美元/噸。
“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。
這裡坐落著一家百年老礦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”。
這些超純的二氧化矽顆粒，在各種邏輯、儲存等矽基晶片方面起著關鍵作用。
有了高純度的矽砂，還需經歷脫氧提純、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%以上的金屬矽或晶體矽，又稱結晶矽或工業矽。
通常來說，95-99%純度的矽稱為工業矽。
太陽能電池板用矽必須是99。999999%（8個“9”）的純度。
純度達99。9999999%至99。999999999%（9-11個 “9”）的，稱為超純多晶矽。
晶片的要求更高，它的矽必須是99。99999999999999%（16個“9”）的純度。
這些無限逼近100％純度的多晶矽，成為後續晶圓、晶片製造的重要原材料。
接著，就是製造晶棒、晶片分片了。
多晶矽被熔化、拉制成了單晶矽棒，用於積體電路晶片製作。
PS，熔化多晶矽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。
成型後的矽片，佔據了半導體襯底的核心地位。
由矽製成的矽元器件，佔據了90%以上的半導體器件市場。
從矽砂中提取的矽，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，高純度矽砂的產量微不足道。
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，高純度矽砂市場的主導玩家掌握著半導體行業的“金礦”密碼。
作為矽片的上游主要原材料，高純的多晶矽主要被北美、歐洲等海外企業壟斷。
美國尤尼明（Unimin）在全球高階石英砂市場一家獨大，壟斷了國際市場上4N8及以上高階石英砂產品。
其坐擁美國Spruce Pine地區優質的花崗質偉晶岩礦床，主導著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晶片製造材料，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” 。
應用於高階照明、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，高純度矽料稀缺，加上外資廠商壟斷，國產矽片成本居高不下。
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床在勘探，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。
至於此次對臺暫停出口的天然砂，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，中國臺灣天然砂進口量的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13億元的峰值。
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矽材料，是各種含矽的礦石，在全球各地都有相當大的儲量。
且半導體這對矽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，中國臺灣砂石業、營建業只能靠內需消耗，對臺灣經濟來說可不是什麼好事。
綜上，此天然砂非彼半導體用砂。
天然砂的含矽量和半導體矽砂相比，根本是風牛馬不相及。
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