“锗”与“镓”何以成为半导体工业粮食

　　无人机带火“科技小金属”

　　无人机需求快速增长，锗价站上历史高位。

　　上海有色网数据显示，锗锭均价自6 月11 日的10120 元/ 千克一路上升至7 月10 日的12400 元/ 千克，累计涨幅达到22.53%。多年来，锗价难以突破万元关口。对于6 月以来锗价的持续上探，中国有色金属协会铟铋锗分会分析表示，一方面是无人机带来的新需求，另一方面也是原料端的供应格局，两方因素共同影响导致锗价走高。

　　从需求端看，地缘冲突使得搭载锗红外光学器件的无人机需求快速增长，弥补此前疫情红外测温仪需求。近期红外光学器件用户集中采购，在市场上抢购区熔锗锭，使得本就供应偏紧的市场，愈发紧张。5 月下旬以来，市场出现惜售，锗锭及二氧化锗价格应声上涨。

　　无人机红外光学器件需要锗因具有红外电磁光谱的部分透明性、玻璃锗氧四面体的扩展三维网络形成器、低色散度与高红外折射率等诸多优良的光电性能，金属锗及其化合物被广泛应用于太阳能电池、红外探测器等领域，而在现代电子和半导体领域中，硅（Si）仍然是最主流的半导体衬底材料，同时，锗可以作为某些第四代半导体材料的前驱体或辅助材料，用于制造更高效的半导体器件。此外，锗还被用于一些高端的红外器件和军事应用中，这些领域对材料的性能要求极高。

　　随着第四代半导体技术的不断推进，对锗的需求也在增加。目前，全球范围内对锗的供应相对紧张，特别是在一些关键的半导体制造环节中，锗的短缺可能会影响整个产业链的稳定性和发展速度，而在去年7 月3 日，中国商务部、海关总署正式宣布，为了维护国家安全和利益，决定对镓、锗相关物项实施出口管制，满足相关特性的物项，未经许可，不得出口。

　　而这也让“锗”与“镓”两个被誉为“半导体工业粮食”的“科技小金属”开始走进大众视野，相较无人机带火的“锗”，“镓”又有何特别之处呢？

　　有源相控阵雷达的核心材料

　　熟悉半导体材料的人对于镓金属并不陌生，其本身就是半导体中应用量最大的金属，主要出现在第二代砷化镓衬底以及第三代氮化镓外延。外延金属材料通常存在的形式为衬底材料的延伸薄膜层，目前主要涉及金属材料的外延片为第三代半导体材料氮化镓，对于氮化镓而言这也是其在市场上的主要存在形式，大部分宽禁带半导体器件都是在氮化镓外延层上制作的。

　　除在半导体领域应用广泛外，氮化镓是目前军用高性能有源相控阵雷达最为核心的材料，其通常以GaAs（砷化镓）/GaN（氮化镓）的形式出现，目前全球主流的仍是砷化镓有源相控阵雷达，而中国的有源雷达设备之所以能比全球至少领先一代并实现“白菜化”，主要是因为中国的氮化镓产能爆表，而且氮化镓有源相控阵雷达更为先进。具体来说，氮化镓射频器件在雷达系统中表现出色，能够实现高频率、高性能的雷达探测，并且具备高精度、高稳定性和高灵敏度的特点。这些优势使得氮化镓雷达能够在高温环境下稳定工作，从而被广泛应用于军事和民用领域。

　　同时，氮化镓技术还被用于新一代战斗机的机载雷达系统中，例如美国《航空周刊》报道指出，氮化镓技术正在过渡到战斗机火控雷达应用，并有望使战斗机火控雷达实现自20 世纪90 年代末采用有源相控阵技术以来最大的一次性能飞跃。这种雷达系统不仅能够提供更高的探测距离和精度，还能增强隐身性能和抗干扰力。

　　总体而言，锗和镓的化合物是重要的半导体材料，半导体行业金属镓消费量约占其总消费量的 80% ～ 85%（长江有色金属网数据），而据美国地质调查局（USGS） 数据显示，从全球产量分布来看，中国的镓、锗金属产量占比最高，分别高达 90%、68%。为保障国家重要战略资源的安全性，未来我国镓、锗的出口配额或将降低，国内或将加速推进高性能半导体材料的自主研发生产进程，而下期，我们将为大家带来在先进半导体制作中拥有重要地位的钽金属！

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