超级“硅”族高纯石英，卡了芯片脖子

　　石开

　　新矿入表

　　最近我国矿产资源又“上新”了：自然资源部4 月10 日发布公告称，经国务院批准，高纯石英矿正式成为我国第174 号矿种。读者可能知道它与半导体联系紧密，但具体是用在半导体生产哪个环节？为什么说这是一次突破性的发现？

　　其实，以二氧化硅（SiO2）为主的石英无处不在——手腕戴的“转运”水晶串、河道的沙子、沙滩的卵石、室内装修用的水泥、厨房的石英石台面等都是石英。

　　但自然界中，石英虽多，高纯石英矿却非常稀有，堪称超级“硅”族。

　　顾名思义，高纯石英矿自然纯度更高，这个纯度是指二氧化硅纯度不低于99.995%（业内也用4N5 来表示，N代表纯度里有几个“9”）、杂质元素含量极低。

　　这次自然资源部在河南东秦岭、新疆阿勒泰等地区发现多处高纯石英矿，样品既有纯度4N5 的高纯石英矿，也有纯度达到4N8 级的，比我们以前发现的矿产质量要好很多。

　　无矿难出好砂

　　这里我们要区分一下“高纯石英砂”和“高纯石英矿”。砂是一种提纯产品，它当然能从各等级石英矿中提取，这也是为什么我国能在低端、中端高纯石英砂上自给自足。

　　但是“歹竹难出好笋”，想从纯度不那么高的石英矿中提取出，能用于半导体、光伏这些高精尖技术行业的4N8级，乃至6N 级的高端高纯石英砂几乎不可能。

　　提纯技术达不到是一方面，没有高端的高纯石英矿则是另一个问题。

　　目前，全球能生产高纯石英砂的企业不多，国内实现规模化生产的企业更是屈指可数。

　　美国尤尼明（Unimin）能在全球高端 （4N8 及以上）石英砂市场一家独大，占比超九成，对高纯石英砂的价格拥有主导权，正是因为它拥有美国卡罗来纳州斯普鲁斯派恩矿山，这个高纯石英矿的开采权。

　　现在我们有了高质量的矿产，那就该研究一下它在半导体产业链上是干什么的，能给我们什么帮助。

　　“炼硅炉”短暂的一生

　　虽然制造芯片的原材料就是河边的沙子，但它其实是直接从普通任何一个石英砂中，经过大量工序都能提炼出来的原材料，跟我们说的高纯石英砂没什么关系。

　　高纯石英砂的主要作用并不是用来做硅原料的，而是用来“炼”它的。

　　单晶硅、多晶硅这种原石，要在高纯石英砂做的锅炉中炼化，这种锅炉的学名叫坩埚；这些普通石英矿石会变成熔融的硅液，接着通过铸定法或直拉法，造出多晶硅碇或单晶硅棒。

　　为什么一定要用极高纯度的高纯石英砂来做这个“炼硅炉”，是因为要保证后期作为芯片原材料的硅片的纯度，不能有太多杂质。

　　而且高纯石英坩埚还分为内层、中层、外层，越靠近内部纯度要求越高。中层、外层石英砂已逐步实现国产替代，唯独内层还需依赖进口——这就是我们新发现的高纯石英矿的重要性所在。

　　这个坩埚也不是一个能用很久的部件，它其实是个标准消耗品。一个36英寸石英坩埚大约重80 公斤，要消耗高纯石英砂100 公斤才能造出来一个，但使用寿命只有400 小时，报废后又需要重新购置。