基于惰性氣體的氣體激光器已經(jīng)存在半個(gè)多世紀(jì)。或許，很多人都認(rèn)為這類激光器已經(jīng)被更先進(jìn)的激光二極管技術(shù)所取代，事實(shí)也是如此，除了少數(shù)關(guān)鍵應(yīng)用之外——?dú)咫x子和氦氖氣體激光器在半導(dǎo)體領(lǐng)域仍被廣泛使用。近年來，半導(dǎo)體芯片制程逐步縮小，光刻機(jī)光線細(xì)度同步提高，客觀上要求其核心部件激光發(fā)生器所需的混合特種氣體中高純度氖氣占比提升。而氦氖激光器也通常用作設(shè)備校準(zhǔn)（即光譜儀）或制藥制造中使用的粒子檢測系統(tǒng)的波長參考。
高純度氣體還用于為半導(dǎo)體光刻提供深紫外光源的準(zhǔn)分子激光器。準(zhǔn)分子激光器使用結(jié)合了氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氖(Ne)和鹵素的氣體混合物來產(chǎn)生193nm的光。氖約占混合物的96%至97.5%，作為載氣，對激光器的運(yùn)行至關(guān)重要。這些氣體在使用過程中會定期更換，這進(jìn)一步推動(dòng)了對穩(wěn)固供應(yīng)鏈的需求。這意味著，光刻氣體是光刻機(jī)產(chǎn)生激光的光源，難以取代。
可想而知，惰性氣體仍在一定程度上影響著激光與半導(dǎo)體行業(yè)。
地緣沖突推高惰性氣體價(jià)格
掐指一算，俄烏地緣沖突已一載有余。
在此期間，激光和半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)歷了多次供應(yīng)鏈中斷。因?yàn)槿缜拔乃觯@些行業(yè)所使用到的一種經(jīng)常被忽視的商品是制造氣體激光器和操作半導(dǎo)體制造設(shè)備所需的高純度氣體——氖氣、氪氣、氬氣和氙氣等，這些氣體廣泛用于這兩種應(yīng)用，而氣體供應(yīng)中斷對成本和供應(yīng)鏈的產(chǎn)生了重大影響。
在地緣沖突發(fā)生之前，烏克蘭占全球氖氣產(chǎn)量的50%-70%，氪氣和氙氣的產(chǎn)量則占全球的40%和30%。戰(zhàn)爭開始之后，烏克蘭的惰性氣體幾近停產(chǎn)。而在2022年年中，作為優(yōu)質(zhì)天然氣主要生產(chǎn)國家的俄羅斯也宣布將限制這些優(yōu)質(zhì)天然氣的出口，這導(dǎo)致氣體供應(yīng)中斷情況進(jìn)一步惡化。
有機(jī)構(gòu)認(rèn)為，這些惰性氣體的供應(yīng)還將在未來一段時(shí)間內(nèi)受到限制，未來四年內(nèi)需求將增長30%。
此外，導(dǎo)致惰性氣體價(jià)格爆漲的另一個(gè)因素是：稀有氣體市場不透明，價(jià)格不公開，特種氣體供應(yīng)商主要簽訂的是長期保密合同。
據(jù)報(bào)道，中國的氖氣價(jià)格和日本的氪氣價(jià)格在2022年前兩個(gè)月翻了兩番。自去年2月俄烏發(fā)生沖突以來，中國的氖氣價(jià)格僅在2022年3月份便暴漲了十倍，價(jià)格從1700元/立方米上漲至17000元/立方米左右。最高時(shí)更是漲了20倍。而氙氣和氪氣的價(jià)格也大幅上漲。日本的氪氣的價(jià)格也隨之翻了好幾倍。
難題待解，供應(yīng)商、制造商如何應(yīng)對？
眼下，供應(yīng)商、行業(yè)制造商甚至是每個(gè)國家都在思考，如何改善供應(yīng)狀況以緩解對價(jià)格的擔(dān)憂？
猶記得，2014年，俄羅斯“爭奪”克里米亞時(shí)，氖氣價(jià)格也上漲了60%。當(dāng)年，制造商們以多樣化供應(yīng)渠道來應(yīng)對價(jià)格上漲危機(jī)，比如，建設(shè)更多的氖氣生產(chǎn)設(shè)施、發(fā)掘鉆探更多富含氖氣的探井等。
這一次，在俄烏兩國之外找到了一些可替代的供應(yīng)商成了當(dāng)務(wù)之急。
目前，高純氣體的供應(yīng)商以法國的Air Liquide、日本Dayo Nippon Acid，美國的Linde和Air Chemical等公司為主。它們合計(jì)占特種氣體市場總供應(yīng)量的80%。而韓國TEMS公司也顯著增加了高純度氖的合成，降低了氖氣的售價(jià)。
值得一提的是，我們中國是氖氣生產(chǎn)大國之一，氖氣產(chǎn)能在2021年已經(jīng)達(dá)到48.7萬立方米/年，較2014年增長624.70%，以邯鋼、寶鋼為代表的國內(nèi)鋼鐵企業(yè)均新增大型氖氣生產(chǎn)裝置，隱然有搶占全球氖氣產(chǎn)能第一名的趨勢。為確保高純氖氣來源穩(wěn)定，上述的幾家外國主要供應(yīng)商甚至紛紛下單從中國搶貨，確保自身供貨穩(wěn)定。
為確保供應(yīng)鏈安全，半導(dǎo)體公司也做出了調(diào)整。比如臺積電宣布計(jì)劃將部分氖氣生產(chǎn)帶回臺灣地區(qū)。
而準(zhǔn)分子激光器制造商則通過調(diào)整軟件和優(yōu)化流程將氖氣消耗減少了25%到70%。比如改進(jìn)了激光再充電過程中的氣體收集，并改進(jìn)了從氣體中去除雜質(zhì)并最終將它們注入激光器的過程。
盡管在過去一年多，俄烏沖突以意想不到的方式影響激光和半導(dǎo)體制造業(yè)，但最終特種氣體市場或?qū)⒒貧w平衡，價(jià)格有望恢復(fù)正常。事實(shí)上，因?yàn)橹袊㈨n國等供應(yīng)商的加入，今年氖氣的價(jià)格已經(jīng)明顯回落。不過，恢復(fù)至地緣沖突之前的價(jià)格仍需時(shí)日，制造商仍須花費(fèi)更多的時(shí)間和金錢來保護(hù)他們的供應(yīng)鏈。
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