孫福楠

(中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 大連 116031)

0 引 言

中國是世界電子產(chǎn)品的制造中心，全球有過半以上的各類電子產(chǎn)品由中國大陸生產(chǎn)制造，與之不對(duì)稱的是制造這些產(chǎn)品所需要的高檔芯片幾乎全部依賴進(jìn)口，最近幾年其進(jìn)口值已超過原油，高達(dá)2200億美元。為此，中央及地方政府相繼出臺(tái)許多利好政策及資金支持，試圖能盡快縮短差距，扭轉(zhuǎn)這種尷尬局面。2017年全國各地興起了一股全球難以看到的“半導(dǎo)體熱”，通過努力半導(dǎo)體國產(chǎn)化也取得了階段性進(jìn)展和效果，許多大基金競(jìng)相加入，相信中國在未來幾年這種局面不會(huì)停止。特種氣體是半導(dǎo)體制造過程的“血液”、“糧食”，沒有高質(zhì)量的氣體，半導(dǎo)體制造無從談起，受到氣體下游的需求拉動(dòng)和刺激，2017年中國氣體尤其是用于IC制造的各類高純氣體、電子混合氣體發(fā)生了爆發(fā)性的發(fā)展和驚人的進(jìn)步，其發(fā)展方式也同過去迥然不同，許多有影響的外資氣體公司也終于改變過去的運(yùn)行方式，開始搶灘中國，以各種方式在國內(nèi)開展屬地化生產(chǎn)。下面就某些關(guān)鍵氣體進(jìn)行描述。

1 超純電子氣體

1.1 硅烷

硅烷在半導(dǎo)體生產(chǎn)過程是極其重要的關(guān)鍵“源”性氣體，無論是光伏太陽能的生產(chǎn)，還是LED、TFT-LCD的制造都需要大量的硅烷做原料。我國硅烷產(chǎn)品曾經(jīng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，河南首山硅烷實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后，徹底改寫和平衡了國內(nèi)硅烷的供給結(jié)構(gòu)和價(jià)格。我國國產(chǎn)硅烷基本上能滿足一般領(lǐng)域的需求，對(duì)于某些要求比較高的領(lǐng)域，國產(chǎn)硅烷仍沒有實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。2017年是硅烷在國內(nèi)遍地開花的一年：

陜西有色天宏瑞科和美國REC硅料公司新加坡公司合資生產(chǎn)硅烷：天宏瑞科股份公司生產(chǎn)硅材料—包括SiH4氣體，中方控股(51%股份)，總投資：87.1億人民幣，地址：陜西榆林，硅烷產(chǎn)能：3000 t/a。

內(nèi)蒙古興洋新材料科技有限公司，投資2億人民幣生產(chǎn)硅烷，計(jì)劃產(chǎn)能3000 t/a。

臺(tái)灣實(shí)聯(lián)氣體同江蘇泰興泰錦公司合資，成立“江蘇泰錦實(shí)聯(lián)電子材料公司”，在大陸投資設(shè)廠生產(chǎn)硅烷等電子氣體。

徐州中能硅業(yè)也宣布硅烷量產(chǎn)，產(chǎn)能規(guī)模驚人。

從上述數(shù)據(jù)看，這些在建或已建的硅烷生產(chǎn)廠，一旦設(shè)計(jì)產(chǎn)能如期順利量產(chǎn)，國產(chǎn)硅烷或許會(huì)出現(xiàn)供過于求的局面，對(duì)于那些沒有將硅烷轉(zhuǎn)化為單晶產(chǎn)品的硅烷廠家，一旦國內(nèi)TFT-LCD發(fā)展變緩，其后果將不堪設(shè)想。

1.2 高純氧化亞氮

2017年高純笑氣需求量陡然增大，得益于國內(nèi)液晶產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，TFT-LCD對(duì)N2O的需求。同時(shí)，笑氣的應(yīng)用領(lǐng)域也在擴(kuò)大，如娛樂、賽車助燃、食品乳化等。回收廢氣提純N2O的工藝同硝銨干法分解相比，盡管在某些領(lǐng)域回收法制造的高純度笑氣不被接受，但回收廢氣法提純的N2O成本優(yōu)勢(shì)十分突出。某回收笑氣的企業(yè)因原料尾氣的供給與需求發(fā)生突變，導(dǎo)致市場(chǎng)N2O供應(yīng)嚴(yán)重不足，價(jià)格飆升。據(jù)了解國內(nèi)已經(jīng)有多家擬開展N2O回收的企業(yè)，大都處于在建狀態(tài)，據(jù)悉位于重慶涪陵的某企業(yè)回收N2O已經(jīng)達(dá)產(chǎn)；這些廠家一旦產(chǎn)能釋放，國產(chǎn)N2O價(jià)格又將一瀉千里。上游己二酸尾氣原料的長期穩(wěn)定供應(yīng)是回收法提純笑氣的關(guān)鍵之一。技術(shù)環(huán)節(jié)上看，各種胺類溶劑脫除尾氣中二氧化碳技術(shù)相對(duì)成熟，精餾法脫除輕組分雜質(zhì)的關(guān)鍵是塔頂制冷循環(huán)的方式及其經(jīng)濟(jì)性?？傊?017年國產(chǎn)笑氣供應(yīng)不足，需求陡增，美國笑氣工廠出現(xiàn)意外事故等綜合因素，導(dǎo)致需求不平衡是2017年國內(nèi)笑氣市場(chǎng)供不應(yīng)求、價(jià)格攀升的主因。

圖1 回收法提純電子級(jí)笑氣流程

圖2 N2O-CO2氣液平衡圖

表1 己二酸生產(chǎn)過程N(yùn)2O廢氣組分

1.3 高純烷類電子氣體

福建博純氣體生產(chǎn)的高純鍺烷據(jù)稱為全球產(chǎn)量第一。在薄膜太陽能領(lǐng)域其產(chǎn)品尤其是純品鍺烷占有率很高，獲得了極高的市場(chǎng)回報(bào)。2017年8月15日，福建博純同美國半導(dǎo)體材料生產(chǎn)和經(jīng)銷商Entergris Inc攜手在福建泉州成立合資公司，目標(biāo)直指中國半導(dǎo)體高端市場(chǎng)，早在2016年博純就代工Entergris Inc產(chǎn)品，據(jù)了解Entergris Inc在芯片制造工藝中具有壟斷性專利產(chǎn)品——SDS。從代工到現(xiàn)在的實(shí)質(zhì)性的合作生產(chǎn)，在當(dāng)下良好的市場(chǎng)背景下，該公司的合作無疑前途無量，其產(chǎn)品的競(jìng)爭力值得關(guān)注。該合作方式興許也會(huì)成為未來國內(nèi)眾多公司與外資合作的良好典范。

博純合資氣體公司生產(chǎn)的產(chǎn)品：電子混合氣體及SDS3包裝產(chǎn)品：GeH4、Si2H6、TMB、B2H6、PH3、AsH3、D2等等。研發(fā)中心：美國亞利桑那州。

1.4 乙硼烷及含氟無機(jī)及有機(jī)氣體

乙硼烷化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，從國外進(jìn)口基本上按混合后的方式進(jìn)來，使用起來十分不便；C4F6是環(huán)境友好型含氟化合物，高檔的IC生產(chǎn)線有很好的需求，國產(chǎn)這些氣體還沒有形成穩(wěn)定的產(chǎn)能，2017年日本大陽日酸宣布在中國揚(yáng)州化學(xué)工業(yè)園區(qū)成立：揚(yáng)州大陽日酸半導(dǎo)體有限公司，投資61 325萬人民幣，增建年產(chǎn)240 t/a電子化學(xué)品。項(xiàng)目品種：SiH4、Si2H6混配；B2H2的合成與混配；BF3的純化與分裝；C4F6的提純與分裝；CH3F的提純與分裝；平衡氣H2、N2、Ar、He提純與分裝；先進(jìn)的氣瓶處理設(shè)備。

大陽日酸國內(nèi)特氣的屬地化生產(chǎn)，將徹底改寫某些氣體完全依賴于國外進(jìn)口的歷史，同時(shí)對(duì)國內(nèi)氣體的沖擊將產(chǎn)生不小的影響，因?yàn)檫@些氣體雖然必需，但其總量還是不大的。

1.5 高純氨氣

高純氨氣是光伏太陽能、LED、TFT-LCD生產(chǎn)的重要大宗類氣體，前幾年受國內(nèi)光伏太陽能“大躍進(jìn)”般的發(fā)展影響，國內(nèi)上馬的高純氨生產(chǎn)總量大大超出實(shí)際需求，溢出部分雖然出口到東南亞地區(qū)，但國內(nèi)市場(chǎng)高純氨價(jià)格一路處于狂跌狀態(tài)，即使是在國內(nèi)生產(chǎn)高純氨的外資企業(yè)都曾計(jì)劃將氨生產(chǎn)線改為他用。然而最近幾個(gè)月峰回路轉(zhuǎn)，國內(nèi)氨價(jià)格整體提高，并且萎縮多年的高純氨市場(chǎng)也同其它工業(yè)氣體一樣似乎又恢復(fù)了難得的生機(jī)和活力，國內(nèi)有的大型涉氨企業(yè)正在計(jì)劃上馬高純氨項(xiàng)目，計(jì)劃一旦落實(shí)國內(nèi)高純氨市場(chǎng)又會(huì)出現(xiàn)更多的不確定性。

1.6 高純氯化氫

高純氯化氫是半導(dǎo)體制造需求量比較大的氣體，國內(nèi)以張吉瑞老師為代表的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多年不懈的努力，建起了高純氯化氫生產(chǎn)線，滿足了許多國內(nèi)客戶甚至外資氣體公司的認(rèn)可，但在高檔IC線上，國外高純氯化氫仍占主導(dǎo)。高純氯化氫基本是采用化工過程的尾氣進(jìn)行回收提純，不同的尾氣雜質(zhì)種類含量相差很大，這意味著提純工藝完全不同，更確切地說一種氯化氫生產(chǎn)工藝即使是十分成熟的技術(shù)，在不同工藝尾氣，不同生產(chǎn)地區(qū)進(jìn)行推廣，都將會(huì)遇到難以克服的新問題，甚至導(dǎo)致項(xiàng)目的投資失敗。因此，在對(duì)氯化氫項(xiàng)目感興趣的時(shí)候，尤其是利用或引進(jìn)國外提純技術(shù)的時(shí)候，務(wù)必關(guān)注氯化氫提純凈化技術(shù)的適應(yīng)性，必要時(shí)有必要采用真實(shí)的尾氣進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，如氯化氫中二氧化碳雜質(zhì)用何種方法脫除等等。由于氯化氫用量較大、滿瓶空瓶物流麻煩、氯化氫尾氣來源極其豐富等因素，相信國內(nèi)氯化氫的生產(chǎn)難題遲早會(huì)被攻破，最終實(shí)現(xiàn)氯化氫的完全國產(chǎn)化。

1.7 高純二氯氫硅(DCS)、高純?nèi)葰涔?TCS)

二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)是十分重要的半導(dǎo)體“源”性材料。我國已經(jīng)將TCS列為中國制造2025強(qiáng)基工程重點(diǎn)支持的品種。針對(duì)國內(nèi)客戶急需，為了減少運(yùn)輸?shù)葞淼牟槐悖怨栊栽牧弦婇L的日本信越化學(xué)工業(yè)在浙江西亞特公司組建合資公司，在國內(nèi)分裝DCS、TCS產(chǎn)品，整個(gè)分裝流程的配置及檢測(cè)儀器和方法完全按照日本信越化學(xué)公司的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和配備，目前分裝的產(chǎn)品經(jīng)過日方現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，質(zhì)量完全滿足日方要求。

1.8 高純一氧化碳

高純CO是半導(dǎo)體制造過程重要的“碳源”提供者。雖然用量暫時(shí)不大，但進(jìn)口價(jià)格昂貴，估計(jì)用量會(huì)不斷加大。CO-N2因二者的沸點(diǎn)相差很小，精餾分離十分麻煩，需要消耗大量的冷媒(LN2)，目前液氮價(jià)格較高，若對(duì)制冷蒸發(fā)的氣體氮?dú)獠患右曰厥绽茫瑹o疑會(huì)增加制造成本。

國內(nèi)以往提純所用的原料級(jí)別CO幾乎都是采用甲酸濃硫酸脫水的方法合成，由于反應(yīng)所使用的原料涉及到強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)氧化性的酸，為了避免腐蝕，基本采用玻璃反應(yīng)器，產(chǎn)量不易提高，且產(chǎn)生嚴(yán)重的三廢，因此不易放大，導(dǎo)致CO生產(chǎn)難度大。2017年，國內(nèi)某企業(yè)利用化肥廠造氣產(chǎn)生的水煤氣，經(jīng)過包括低溫甲醇洗等系列凈化處理環(huán)節(jié)，然后通過低溫雙塔精餾提純，獲得優(yōu)質(zhì)低價(jià)的CO凈化原料，計(jì)劃生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)別的CO，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)國內(nèi)目前至少有四家以上的氣體公司生產(chǎn)高純CO，這些廠家生產(chǎn)工藝雖然各有不同，但脫除CO中的空分雜質(zhì)如N2幾乎都要采用傳統(tǒng)的精餾手段，用普通碳鋼瓶充裝CO，CO2雜質(zhì)濃度嚴(yán)重升高是一個(gè)值得關(guān)注的問題。

2 中國氣體的未來

1．由于IC產(chǎn)業(yè)國內(nèi)有巨大的需求，進(jìn)口存在嚴(yán)重缺口，我國政府未來幾年仍將以“壯士斷腕”的決心大力扶持半導(dǎo)體的發(fā)展，無疑作為原材料的特種氣體存在很大的發(fā)展空間，需要關(guān)注的是，隨著TFT-LCD的國產(chǎn)化完成，或許國內(nèi)TFT-LCD的發(fā)展會(huì)適當(dāng)放緩。未來幾年國外會(huì)有大量的氣體公司蜂擁中國，實(shí)現(xiàn)氣體的屬地化生產(chǎn)銷售，國內(nèi)也會(huì)有許多的氣體公司轉(zhuǎn)移到東南亞等國家實(shí)現(xiàn)氣體制造。

2．氣體企業(yè)間的整合已經(jīng)是迫不及待的選擇。中國經(jīng)濟(jì)在“促增長，調(diào)結(jié)構(gòu)”方針的政府干預(yù)下，尤其是經(jīng)過2017年的“環(huán)保風(fēng)暴”，包括氣體行業(yè)在內(nèi)的中國企業(yè)正逐步告別“粗放式”的發(fā)展，氣體企業(yè)“正規(guī)化、規(guī)?；H化”是未來的發(fā)展方向，只有實(shí)現(xiàn)區(qū)域整合、資源整合才能完成諸多小微氣體企業(yè)的三化，如果說過去幾年是企業(yè)是否自愿的行為的話，那么當(dāng)下甚至未來，整合則是關(guān)系企業(yè)是否存在下去的大事。實(shí)際上國外氣體巨頭間的收購整合從未間斷過，其目的是為了做大、做強(qiáng)、做實(shí)及做得更長久。

3．未來國內(nèi)氣體公司研發(fā)能力會(huì)逐步的提升。特殊氣體尤其是電子氣體，我國一直是行業(yè)的追跑者，研發(fā)環(huán)境還沒形成，技術(shù)力量相對(duì)不足，導(dǎo)致我國氣體缺少有力的技術(shù)牽引，我國特種氣體的生產(chǎn)仍沿襲過去的依靠市場(chǎng)拉動(dòng)的方式，相信隨著資本的流入，許多大型氣體公司會(huì)高度重視自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的培育。屆時(shí)或許會(huì)有許多新工藝、新技術(shù)、新方法、新設(shè)備等出自我國氣體工作者之手。

4．高投入、高回報(bào)、高風(fēng)險(xiǎn)將成為常態(tài)。中國特氣市場(chǎng)因下游的變化會(huì)變的更為復(fù)雜，或許2017年中國特氣市場(chǎng)風(fēng)云變幻，只是中國氣體歷史的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的開始，未來中國特氣將會(huì)真正意義的遵循“高投入、高回報(bào)、高風(fēng)險(xiǎn)”這一規(guī)律。為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，無疑立項(xiàng)前的風(fēng)險(xiǎn)分析顯得尤其重要甚至必需。

5．隨著IC向縱深發(fā)展，大批高效、環(huán)境友好型的氟碳?xì)怏w必將取代目前某些炙手可熱的含氟類氣體。因此，研發(fā)和生產(chǎn)創(chuàng)新性產(chǎn)品顯得尤為迫切和重要。當(dāng)大批成熟的電子氣體實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后，產(chǎn)品逐步由成熟期走向衰退期，未來再開展何種氣體的生產(chǎn)這是一個(gè)普遍值得關(guān)切的問題。

總之，2017年中國氣體的發(fā)展發(fā)生了質(zhì)的飛躍，包括砷烷在內(nèi)的許多氣體及電子混合氣體都實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，眾多的社會(huì)資本也對(duì)氣體發(fā)生了興趣，讓沉寂多年的中國特種氣體制造“狼煙四起”，隨著中國IC的深入發(fā)展，中國特氣必將對(duì)世界特氣的布局和市場(chǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。