一克只賣2塊5的金屬，憑什么成為半導體關鍵材料？

全球第三代半導體產業的命脈，拿捏住了。

(資料圖片僅供參考)

7月3日，商務部、海關總署發布公告，宣布中國將從8月1日起，對鎵和鍺2種金屬的相關物項實施出口管制。

所有相關產品的出口，都要向商務部提出申請，進行嚴格審查。

這次限制出口，意義何在?

98% vs 2%

簡單說，就是有能力在短期內影響整個產業，而以這個產業為支點的、人類社會最重要的一個萬億產業，未來也將被重重撼動。

說“影響整個產業”，是因為中國在這方面有絕對的控制權。

這里先說說具有代表性的鎵。

目前全球金屬鎵的儲量約為27.93萬噸，而中國的儲量最多，達到19萬噸，占全球儲量的68%左右。

當然，從儲量上看，68%的占比雖然高，但依然有3成在外面，顯然稱不上能“絕對控制”。

但是，儲量只是儲量，不是產量，落到實際生產上又不同。

根據美國地質勘探局數據，2021年，全球總共生產了430噸鎵，我們一家就生產了420噸，第2名是俄羅斯，生產了……5噸。

420：5：3：2，中國貢獻了全世界98%的鎵產量，這就是當前全球鎵產業的基本格局。

那么，有沒有可能其他國家迅速推動那剩下32%的鎵儲量進入生產環節，替代中國的鎵呢。

基本沒有可能。

因為鎵作為典型的稀散元素，并不會像大多數人認識的鐵、銅、鉛鋅等金屬一樣，獨立形成大規模礦藏，基本上都是在鋁土礦和鉛鋅礦中形成伴生鎵礦床。

可以說，在現代金屬生產鏈條上，鎵其實是鋁或鋅的副產品。

根據公開資料，目前全球90%以上的原生鎵都是在生產氧化鋁的過程中提取的。

國內金屬鎵生產的龍頭企業——中國鋁業公司、東方希望(三門峽)鋁業有限公司，光看名字就知道他們主要業務。

要大規模生產鎵，就要大規模開張氧化鋁生產線。

然而，鋁是一種早就被人類大規模生產和使用的金屬，產業鏈上游環節成熟穩定，這意味著絕大部分氧化鋁產品的生產不存在決定性的技術壁壘，不能帶來很高的附加值，賺錢的就是靠擴大產業鏈規模和上下游整合帶來的極致成本壓縮。

在這方面，“制造業規模連續13年全球第1”和“全世界唯一擁有聯合國產業分類中所列全部工業門類”的中國顯然具有優勢。

去年，中國生產了全球57%的氧化鋁，這還是全球氧化鋁處于產能過剩狀態，國內全行業開工率80%的情況下。

如果國外要大興工程，再造一個氧化鋁產業鏈，要付出的成本將是天價。

不過，目前有一種說法是，日本等國正在大力推進回收再生鎵，以后只要回收已有的鎵產品，可以很大程度替代從中國進口的鎵原料。

但是根據USGC的《2023礦產商品概要》，只有紐約1家工廠會在生產砷化鎵器件的過程中回收廢料生產再生鎵。而從舊產品中提取再生鎵的數量，文件顯示為“0”(none)。

也就是說，至少在美國，所謂再生鎵，其實也只是原料鎵精細加工的產品，依然需要使用原料鎵。

而在7月6日，在被問及這兩種關鍵金屬的戰略儲備情況時，美國的回復是“目前沒有鎵的庫存儲備”。

撬動萬億產業的支點

盡管中國掌控著鎵的生產，但如果鎵是沒什么用的東西，那這種掌控力也就毫無意義。

但是事實是，鎵的作用實在是太大了，大到影響國家乃至人類的未來。

之所以這么說，是因為鎵基本上綁定了3個字：

半導體。

砷化鎵作為第二代半導體材料的代表，在高頻、高速、高溫及抗輻照等微電子器件研制中占有主要地位，尤其是許多高精尖軍工產品不可或缺的部分。

而在風起云涌的第三代半導體大潮中，氮化鎵和碳化硅一起，并列第三代半導體材料的“雙子星”地位。

與傳統材料相比，第三代半導體材料的核心優勢在于更寬的禁帶寬度，使得它們具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優點，更適合制造耐高溫、耐高壓、耐大電流的高頻大功率器件。

當然，單純從第三代半導體市場本身來看，盤子并不大。

2021年，綜合Yole、IHS的數據顯示，全球SiC和GaN的整體市場規模達24.16億美元，較2019年增長了50.9%。經初步估計，2022年全球SiC和GaN的整體市場規模或達到31.22億美元。

TrendForce集邦咨詢研究預測，在主要應用領域——功率器件方面，碳化硅功率器件到2025年的全球市場規模將達到33.9億美元，而氮化鎵功率器件市場規模將達到8.5億美元，合起來只不過40億美元出頭。

在可以預見的未來，整個半導體產業的主角還是第一代半導體構筑的集成電路產業。

不過，直接產值不高，不代表不重要。相反，隨著人類社會電氣化程度的加深，高頻大功率器件的重要性將日益凸顯。

第三代半導體就好像一個杠桿支點，撬動著多個重要產業的未來。

其中影響最直接的，當屬電動汽車產業。

拋卻社會對新技術的習慣性妖魔化，電動汽車要在消費者中推廣，依然存在一個應用上的致命問題——續航焦慮。

要破解續航焦慮，主要方法有二。一是增加電池，加強蓄能能力，但受制于成本和電池重量，電池增加存在經濟性上限;第二個方向則是使用高功率充電樁，提高補能效率，讓充電和加油一樣快。

根據P=UI的功率公式，要提高功率，要么加大電壓，要么加大電流。

如果要加大電流，那就必須面對電流熱效應帶來的損耗。根據Q = I^2Rt的公式，在同樣的線路和充電時間中，如果電流增大，那么發熱將以指數增長，不僅對汽車、充電樁的散熱系統有嚴苛的要求，造成成本飆升，還讓大量能量白白損耗。

所以電動汽車上高壓平臺，成為行業公認的選擇。

當然不僅是充電，高壓平臺也會降低車內電路和器件運作的損耗，反過來也增加了續航。

目前受制于硅基功率器件的性能，市面上絕大部分電動汽車還在使用400V平臺。

但是業內估計，今年以內，800V平臺就會成為行業新的“內卷”領域。

反過來說，與之相適應的第三代半導體新器件開發，也到了迫在眉睫的時候。

這里說的第三代半導體新器件，主要還是碳化硅。

因為到目前為止，氮化鎵還不能承受太高工作電壓，在800V電壓平臺上，碳化硅的高壓工作特性會更具有應用優勢。

氮化鎵則更側重高頻應用，主要在電動汽車OBC、DCDC、儲能電源系統等環節，以及小容量、高端光伏逆變器中，或者是在智能手機、5G基站等通訊領域提供射頻信號和天線之間的最后一級功率放大。

但是在未來，隨著氮化鎵耐壓能力進一步提升，其在性價比方面的優勢將被放大，在新能源市場的應用優勢將越發明顯。

如果氮化鎵能應用于電動汽車動力系統的主逆變器，從而獲得與碳化硅相當的驚人高容量，就將釋放巨大的市場增量。

前瞻根據EV volume和Statista的數據并結合近年來全球新能源汽車市場價格變化情況預測，2023年全球新能源汽車市場規模為4576億美元，到2028年，這個市場規模就將突破萬億美元。

中國手中每年“區區”400多噸產量的鎵，以2022年均價2500元/公斤計算，市場規模不過10億人民幣，未來卻有可能成為撬動這個萬億美元市場的關鍵因素。

利好

雖然還未正式施行，但公告發布后，第三代半導體概念股連續走高，資本市場顯然將這一舉措視為國內半導體產業的利好消息。

從區域來看，廣東省可能吃到最大的紅利。

根據前瞻產業研究院《2023-2028年中國氮化鎵（GaN）行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》，從我國氮化鎵產業鏈企業區域分布來看，我國氮化鎵行業產業鏈企業主要分布在廣東省，包括上游的襯底企業東莞中鎵，以及下游的華為海思、中興微電子等。

江蘇省雖然擁有最多的代表性企業，但在產業鏈全面程度上仍有不如。

從具體的產業布局來看，廣東省2020年發布的《廣東省人民政府關于培育發展戰略性支柱產業集群和戰略性新興產業集群的意見》，重點提及了“加快深圳、珠海、東莞等第三代半導體發展”。

其中，深圳是國內第三代半導體發展排頭兵之一，很早就在產、學、研領域進行了布局。目前深圳有政府主導的第三代半導體研究院，也有南方科技大學第三代半導體重點實驗室和清華大學(深圳)研究院第三代半導體材料與器件研發中心。

產業方面，坪山作為第三代半導體產業集聚區，集聚了以中芯國際、比亞迪、泰斯特、基本半導體、安培龍、君正時代、芯邦科技等80多家產業鏈企業。

東莞在2015年成立了國內首個專門針對第三代半導體產業而設立的專利服務平臺——第三代半導體產業專利聯盟。

在科研力量上，東莞擁有政府和北京大學共建的東莞光電研究院，孵化出了中鎵半導體、中圖半導體等國內頭部的第三代半導體企業。

此外，東莞松山湖的第三代半導體南方基地，還是國家設立的第2個第三代半導體產業基地。

珠海第三代半導體產業的亮點在于英諾賽科的8英寸硅基氮化鎵生產線，中國首條8英寸硅基氮化鎵生產線，這在全世界都屬于先進水平。《珠海市大力支持集成電路產業發展的意見》中也提出，支持8英寸硅基氮化鎵外延與芯片大規模量產生產線增資擴產，迅速形成規模生產能力，打破阻礙珠海集成電路產業發展的瓶頸。

除了這3座城市，廣州也將南沙規劃為重要的第三代半導體產業基地。

目前南沙已形成以晶科、愛思威為代表，以聯晶智能、芯聚能為龍頭的從晶圓生產到芯片設計、封裝及應用的第三代半導體全產業鏈，正在積極促進第三代半導體與新能源汽車產業的融合創新。

前瞻經濟學人APP 產業觀察組

更多行業研究分析詳見：

[1]《2023-2028年中國新能源汽車行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》，前瞻產業研究院

[2]《2023-2028年中國動力鋰電池行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》，前瞻產業研究院

同時前瞻產業研究院還提供產業大數據、產業研究報告、產業規劃、園區規劃、產業招商、產業圖譜、智慧招商系統、行業地位證明、IPO咨詢/募投可研、IPO工作底稿咨詢等解決方案。在招股說明書、公司年度報告等任何公開信息披露中引用本篇文章內容，需要獲取前瞻產業研究院的正規授權。

參考資料：

[1]《碳化硅與氮化鎵，誰擁有更廣闊的星辰大海》，LED網

[2]《從快充到汽車，氮化鎵(GaN)上車缺點啥?》，阿寶說車

[3]《廣州、深圳、東莞、珠海四箭齊發，大灣區第三代半導體產業野心初現》，愛集微

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