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漫谈锗和镓:对日尔曼蛮子和高卢公鸡的炒作(上)

(2023-07-08 18:42:16) 下一个

锗是Germanium(Ge)的音译,从英文名看肯定是与Germany( 德国或日尔曼)有关,查了查,果然是个德国化学家发现的,以他的母国国名命名了这个元素。镓的英文是Gallium(Ga),是个法国人发现的,表面看起来这个元素的名称似乎与法国无关,但是,罗马时代的法国地区是叫高卢, 拉丁语是Gallia, Yes, 这个法国化学家正是以他的国家古名命名了他发现的新元素。

顺便提一下,镓这个汉语音译者肯定是个南方人,因为汉语南方方言和中古汉语中“家”的发音正是“ga”。  北方的不少地名也保留了”ga”的发音,比如杨“格”庄,就是杨“家”庄的中古汉语发音,随着时代迁移, 古代的g发音在北方变成了j, 但在北方有些地名里还有保留古音。

最近中国宣布对锗和镓及其化合物不久要实施出口管制,让平时不受大众关注的这2种半导体金属一下热闹起来,众说纷纭,有说出口管制没啥效果,有说有效, 还有说是中国对西方的杀手锏。呵呵,所以我用“对日尔曼蛮子和高卢公鸡的炒作” 当副标题来吸引眼球,这个副标题本身就是个炒作, 也是对这个2个元素的炒作。

先谈谈锗,其实锗在半导体届不是新贵,而是最早的明星了。 最早的晶体管就是锗晶体管, 3位发明人William Shockley,John Bardeen 和Walter Brattain因此获得诺贝尔物理奖;  集成电路(IC)的发明人之一,德州仪器的Jack Kilby也是把电子电路的组件集成到锗基半导体材料上,他也因此获得了诺贝尔物理奖。 而另一个公认为集成电路的发明人, Intel公司的创始人之一的Robert Noyce的集成电路是用硅基,这以后成了行业主流,随着硅的提纯和加工工艺的成熟,锗半导体逐步退出了舞台,成了昨日黄花。

中国半导体的第一,也是锗单晶,1957年,林兰英随身带了各100克的锗与硅单晶回到了中国,以她带回来的晶体作为晶种拉出了锗单晶,1958年人民日报宣布这个“自力更生”伟大成果, 哈哈,这个“自力更生”我是一定要打上引号的。 从此开始了中国半导体行业在媒体上放卫星来证明党领导伟大的进程, 但令人尴尬的,报捷的卫星越多,与西方的差距越大,直到2000年代以后,台湾人来中国大陆建立了芯片制造厂,总算才是开始走上了“正途”。

再聊聊林兰英, 她出国留学时已过30了,拿到PhD之后在美国一家半导体制造公司工作了几年, 回国时已年近40,以前看过她的侄子还是侄女写的一回忆文章,说她回国的原因,除了“报效祖国”之外,是在美国不容易找到成婚对象。 这就有点奇怪了,亚裔女性在美国应该要比在中国更容易找啊,果然, 她回中国之后还是终身未婚。她的学术眼光也有点问题,就是在锗与硅之间,她更看重锗, 这个是大方向失误了。 她回国的时间是1957年,可能是从49年开始的一批留美生回国潮(大约回去的1100还是1200人)中的倒数第几名了,这个应该要问帕格里里, 他是文学成博主中研究50年代留美生回国的行家。  反右后,还在美国的约5000人中就没有几个回中国大陆了,总算是彻底认清了党的真实面目了。

与林兰英1957年前经历比较类似,我想到是张忠谋, 张是来美国读本科的,在申请MIT本校的PhD失败之后,到了一家半导体公司工作,在1958年转到德州仪器,与后来获得诺贝尔奖Jack Kilby成了同事,张在德仪逐步升到第3号人物,退休后来在台湾经济领导人的力邀下到台湾创立了台积电这家伟大企业。

扯远了,再回到锗,在与硅的IC材料竞争中彻底失败之后, 转而在特别领域找到了用途, 主要是在光学领域,锗能透过红外线,而紫外线和可见光过不去,我一下就想到了啥?乌克兰战场的军用夜视仪。 红外光学是锗的最主要用途,应用于军事,汽车和太空领域,难怪美国国防部把锗列为国防关键材料。 其它主要应用是光纤和太阳能电池。

至于锗现在芯片(即IC)制造上没啥用途, 所以中国管制锗的出口,对芯片行业的影响十分有限,如果不是0的话。

根据美国政府的锗地质调查:

https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2023/mcs2023-germanium.pdf

美国每年消耗量大约是30吨, 按锗金属价格算,大约是40M美元(呵呵,就4千万,连一亿美元都不到),  在2018-2021年之间,从中国进口量占比54%。 全世界产量在2023报告里没有,但在2022年报告里有,估计是140吨,其中中国产量是95吨,其余国家是45吨,中国的出口量,2022年到8月止是23吨,这样的话,中国一年出口量大约是30吨左右。

美国本土没有直接生产锗, 但在阿拉斯加和田纳西各有一家金属锌厂有副产锗浓缩液,阿拉斯加锗浓缩液出口到加拿大制造锗,田纳西锗浓缩液出口到那里报告中没提及。美国锗浓缩液出口折算成金属锗每年大约是5-7吨。另外,美国俄克拉何马有家回收锗的工厂,犹它州有家制造锗晶圆(wafer)的厂,锗晶圆是用于制造卫星上的太阳能电池。

美国政府有锗的战略储备(stockpile), 至2022年9月底,储有金属锗近21吨,锗晶圆68吨。 加拿大Teck公司生产锗, 产量是多少没查到,如果美国2家锌厂锗浓缩液(折算是5-7吨锗)都是来加拿大精炼,加上加拿大本土的资源,我个人估计15吨左右应该有。

最有趣的是,俄罗斯刚宣布要提高锗的产量, 老毛子目前大约年产5吨,但据报道有20吨的产能,哈哈哈。

https://www.reuters.com/article/russia-metals-idUSR4N38C02C

还有刚果也凑热闹宣布她的新工厂将生产30吨锗。

https://www.reuters.com/markets/commodities/congos-gecamines-aims-get-germanium-out-new-plant-october-2023-07-06/

总结,如果中国实施对锗的出口管制, 对美国也不构成威胁。短期看,美国自己有足够储备,北方邻居加拿大也有相当大的产量; 中期看, 中国出口管制空出来的30吨市场,很快会被老毛子填补一半,如果再加上刚果的30吨填补市场空缺绰绰有余,这都不用美国自己动手。

锗就聊完了,明天有空,或下周有空,再漫谈镓, 这个对美国短期看是有威胁的,但也不是没有办法处理。

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7/14/2023 编辑:

网友阿留在漫谈系列(下)留言,对锗的用途做了专业性的补充, 特在这里转载如下:

锗比较有用的其实是化学气相沉积的precursor气体, 如GeH4锗烷,这个做集成电路确实用得着,SiGe用来把Si层引入应变,增加载流子迁移率,但这个绝对用量不大,而且我朝并不是这方面的主要供应商,造这个的主要是北美。锗晶片本身用量很少,几乎没有多少市场。

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评论
insoine2 回复 悄悄话 回复 '晓悟之' 的评论 :
嗯,在德仪任职期间,公司送他去斯坦福读PhD的, 其实他的成就也不需要PhD证明。 华人嘛,还是在乎文凭的,洋人就不一样,Gates, Zuckerberg等等是从名校本科就辍学创业了,Musk我记得在斯坦福研究生读了几天就退学办公司去了。
晓悟之 回复 悄悄话 张忠媒最终在斯坦福通过了博士考试,取得了博士学位。
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