俄罗斯对西方断供氖气，没有它造不了芯片，中国才是老大

　　氖气和芯片制造有什么关系？俄罗斯为什么会宣布限制氖气出口，＂断供氖气＂对于全球半导体产业会带来哪些影响？我们中国的相关行业又能从中找到哪些机会呢？大家好 ，我是老羊，今天我们就来聊聊俄罗斯给西方芯片产业＂断供氖气＂这个话题。
　　先来说一下这一次俄罗斯给西方＂断供氖气＂的背景。
　　俄乌冲突后，西方几乎每天都在对俄罗斯发起各种制裁。先是减少了从俄罗斯进口石油和天然气，然后又要求欧美企业停止在俄罗斯的投资，并禁止向俄罗斯供应核心零部件，最近又要求芯片供应商暂停向俄罗斯供应芯片以及设备。但同时，俄罗斯却一直在向欧美出口芯片生产所需的一些原材料，其中就包括惰性气体。而现在俄罗斯却没法从欧美进口芯片，相当于自己白白给别人做了嫁衣，所以在这种情况下，俄罗斯宣布限制氖气等惰性气体出口也就在情理之中了。
　　那么俄罗斯为什么会将限制＂氖气＂等惰性气体出口作为反制裁的手段呢？
　　氖气是一种惰性气体，是1898年由两位英国科学家发现的。提到惰性气体，可能很多人都认为只是在实验室里面才会用到，但实际上在工业生产的过程当中，惰性气体也是一种重要的工业气体。而工业气体被喻为＂工业的粮食＂，根据用途不同，又被分为大宗气体和特种气体两类。
　　其中，电子特种气体是特种气体的一个重要分支，是大规模集成电路、 平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产中的基础材料之一。电子特种气体一共有260多种单元气体，可配制成25000多种混合气体。在制造芯片的生产过程中，使用到的材料和化学品达到4000多种，虽然惰性气体总体占比很小，但氖气却是不可或缺的一种，所以氖气也有＂电子气体稀土＂之称。
　　那么氖气在芯片生产过程中是用来做什么的呢？
　　我们知道，芯片生产离不开光刻机，而光刻机一般都是使用＂准分子激光＂作为光源。比较常见的光源有193nm的氟化氩（ArF）准分子激光器和248nm的氟化氪（KrF）准分子激光器。
　　准分子激光器有一个充满混合气体的腔室，至于要混合什么气体，主要是取决于激光器的类型，但其中至少有一种是氖气，原因嘛我后面再说。以氟化氩激光器为例，它混合了氟气、氩气和氖气，但是你别以为它叫氟化氩激光器，氟气和氩气就占得多，实际上氖气占到了97%以上。
　　在电极的高能电脉冲作用下，氩原子和氟原子被电离，离子被暂时激发，合并在一起形成氟化氩。但是这种氟化氩分子十分不稳定，会在百万分之一秒内消失，因此它才被称为准分子。但氟化氩分在解离回氩原子和氟原子的过程中，它会释放出深紫外的光子，这个就是光刻机的光源。
　　不过细心的你一定发现问题了，整个过程好像没氖气什么事儿嘛，把它和其它两种气体混合只是为了充数吗？当然不是。
　　我们知道，氟气腐蚀性极强，能腐蚀绝大多数化学物质，同时，高能电脉冲也很容易把电极给短路了。要想让氟和氩的混合气体能顺利产生准分子，又不至于把电极短路，就必须加入足够量的缓冲气体。而这种缓冲气体必须要比氩气等稀有气体更稳定，而符合条件的只有氦气和氖气。
　　由于在缓冲性能上氖气优势更明显，所以现在绝大多数的准分子激光器都用氖气做缓冲气体。而且由于激光器每发光一次，都会产生一些污染物，因此准分子激光器中的气体也需要定期更换。现在的光刻机一般都安装了气体循环系统，加一次气体大概可连续使用几天时间，长年累月的工作，因此用量就十分可观了。看到这里，你就明白了，为什么氖气是芯片生产过程中不可或缺的一种材料的原因了吧。
　　那么在全球氖气产业链中俄罗斯又手握多少筹码呢？
　　先说答案，俄罗斯在全氖气供应链中占有非常重要的地位，否则俄罗斯也不会用＂断氖＂来反制西方制裁了。
　　氖气属于惰性气体，很难和其他元素化合，所以地球上＂氖＂这种元素非常少。目前工业生产氖的唯一途径，就是来自于空气。但是，空气中的氖也只有百万分之十八左右，另外氖气的沸点是-246°C，属于不凝气，一般的常规的提取方法，难以获得有用的氖气。
　　目前，唯一比较可行的方法是通过大型空气分离设备，进行除氢、冷凝、吸附，再快速地抽取馏分，进行提纯，最后压缩、液化、冲罐。但如果单独上这样一套装置来提纯氖气，显然成本上也不划算。
　　所以现在的氖气生产一般都是用钢铁厂的副产品来作原料。因为钢铁厂炼钢时要用大量氧气，所以一般成规模的钢厂都会自己建设空气分馏装置，除了能得到生产需要的氧气以外，还可以生产氮气、氩气、氖气、氦气等副产品，这些副产品对外销售可以收回一部分生产成本。
　　前苏联时期，一度把钢铁产业看做是美苏战略竞争的核心，所以当时苏联修建了大量的钢铁厂，直到80年代苏联的钢铁产量仍然傲视全球。苏联解体后，作为前苏联工业主要遗产的继承者，俄罗斯和乌克兰也继承了氖气生产的完整产业链。
　　正是因为这个原因，在相当长的一段时间里，芯片生产所使用的一些惰性气体都是由俄罗斯和乌克兰合作生产的。其中氖气占到全球市场份额近一半儿，另外氪气（Kr）、氙气（Xe)也分别占到了40%和30%的市场份额。那为什么说是俄乌合作生产呢？
　　原来在这条产业链中，俄罗斯实际上主要是属于原料提供商，做的是粗氖提取的工作。俄罗斯通过大量的大型空分机设备，提取一定纯度的粗氖，然后卖给乌克兰的两大制氖公司Ingas和Cryoin，再由他们进行进一步的提纯和分装，然后运输到全球。在这个产业链中，乌克兰的两家公司生产了全球大约50%的氖气。
　　但是乌克兰的两家制氖企业一家位于马里乌波尔，如今已经被俄罗斯控制，另一家位于敖德萨，但这两家公司早在3月中旬就已经停止了运营。在这种情况下，俄罗斯作为氖气原料供应国和氖气产品生产国的地位就更加重要，也是俄罗斯此次选择用＂断氖＂的方式回应西方制裁的主要原因。
　　那么俄罗斯的＂断氖＂行动会给全球芯片产业带来哪些影响呢。
　　其实，自俄乌冲突爆发以后，芯片行业就弥漫着一种恐慌情绪，各大晶圆工厂开始囤积电子特气，氖气的价格也一路水涨船高，一度达到了1.8万元-2万元/立方米，比2020年底上涨了60倍，超出了很多人的预期。所以很多人都担心在俄罗斯限制惰性气体出口之后，会对芯片产业造成冲击。
　　而实际上，无论是俄罗斯还是乌克兰这两家公司供应的氖气，并不是全都能直接用于先进制程芯片生产的氖气。
　　电子特气核心指标是纯度，根据应用场景不同，分为普通气体、纯气体、高纯气体和超高纯气体四个标准，其中超纯气体要求纯度达到5N、6N甚至7N以上，这里的＂N＂代表的就是数字 ＂9＂。5N就是99.999%，而6N则是99.9999%，因为气体纯度每提高一个数量级，都会极大地推动半导体器件品质的飞跃，而气体的纯度一旦出现问题，可能就会造成芯片的各种缺陷，甚至污染整个生产线。
　　目前用于大规模集成电路制造的氖气一般都要求5N以上的级别，在先进制程的制造工艺中，气体纯度更是要求在6N以上。但是气体纯度每提高一个层次对纯化技术就提出了更高的要求，技术难度也将显著上升。
　　目前，有能力处理提纯和混制光刻级别氖气的公司实际上并不多，全球90%的市场份额都被海外四大龙头所垄断，它们分别是德国林德集团、法国液化空气集团、美国空气化工产品集团和日本大阳日酸株式公社。
　　中国氖气产业现状如何？
　　而我们国内的华特气体，是我国唯一一家有能力生产氖、氩、氪、氟混合气的供应商，在2017年得到阿斯麦尔的认证，在此之前获得这一认证的仅有前面提到的四大气体巨头。
　　目前华特生产的电子特气已经能够批量供应14nm和7nm的生产线，部分产品已经打入了5nm工艺的生产线，并且还成功的进入了台积电、Intel、中芯国际、华虹、长江等全球晶圆代工厂商的供应链。
　　同时，我国作为全球最大的钢铁生产国之一，最近几年我国的惰性气体产量也一直在不断增加，武钢、邯钢、首钢等企业都有配套的气体分离设备，可以为国内外提供充足的氖气原料。
　　根据近年的数据统计，目前中国的氖、氙、氪三种气体产能已经超过了乌克兰的产能。其中以氖气为例，截止到今年1月份，乌克兰氖气在全球供应链中的占比约为30%-35%，中国氖气的占比约为40-45%。
　　由此可见目前全球的氖气供应其实是相对比较充足的，而过去一段时间惰性气体价格之所以出现大幅增长，更多的是市场炒作因素引起的。而且台积电等头部晶圆制造厂都表示已经做好了提前准备，并拥有氖气的＂安全库存＂。所以综合各种因素来看，短期内即便俄罗斯限制了惰性气体出口，对全球芯片生产也不会造成太大的影响。
　　不过在全球芯片产能还没有完全恢复到正常状态，同时全球对芯片的需求仍然持续增长的背景下，俄罗斯方面放出的这个消息，无疑会加重市场的恐慌情绪，会进一步加深＂芯片慌＂，甚至会推高芯片价格。