中国关键电子气体现状及未来

孙福楠

(中昊光明化工研究设计院有限公司，辽宁 大连 116031)

0 引 言

中国是世界电子产品的制造中心，全球有过半以上的各类电子产品由中国大陆生产制造，与之不对称的是制造这些产品所需要的高档芯片几乎全部依赖进口，最近几年其进口值已超过原油，高达2200亿美元。为此，中央及地方政府相继出台许多利好政策及资金支持，试图能尽快缩短差距，扭转这种尴尬局面。2017年全国各地兴起了一股全球难以看到的“半导体热”，通过努力半导体国产化也取得了阶段性进展和效果，许多大基金竞相加入，相信中国在未来几年这种局面不会停止。特种气体是半导体制造过程的“血液”、“粮食”，没有高质量的气体，半导体制造无从谈起，受到气体下游的需求拉动和刺激，2017年中国气体尤其是用于IC制造的各类高纯气体、电子混合气体发生了爆发性的发展和惊人的进步，其发展方式也同过去迥然不同，许多有影响的外资气体公司也终于改变过去的运行方式，开始抢滩中国，以各种方式在国内开展属地化生产。下面就某些关键气体进行描述。

1 超纯电子气体

1.1 硅烷

硅烷在半导体生产过程是极其重要的关键“源”性气体，无论是光伏太阳能的生产，还是LED、TFT-LCD的制造都需要大量的硅烷做原料。我国硅烷产品曾经严重依赖进口，河南首山硅烷实现国产化后，彻底改写和平衡了国内硅烷的供给结构和价格。我国国产硅烷基本上能满足一般领域的需求，对于某些要求比较高的领域，国产硅烷仍没有实现国产化。2017年是硅烷在国内遍地开花的一年：

陕西有色天宏瑞科和美国REC硅料公司新加坡公司合资生产硅烷：天宏瑞科股份公司生产硅材料—包括SiH4气体，中方控股(51%股份)，总投资：87.1亿人民币，地址：陕西榆林，硅烷产能：3000 t/a。

内蒙古兴洋新材料科技有限公司，投资2亿人民币生产硅烷，计划产能3000 t/a。

台湾实联气体同江苏泰兴泰锦公司合资，成立“江苏泰锦实联电子材料公司”，在大陆投资设厂生产硅烷等电子气体。

徐州中能硅业也宣布硅烷量产，产能规模惊人。

从上述数据看，这些在建或已建的硅烷生产厂，一旦设计产能如期顺利量产，国产硅烷或许会出现供过于求的局面，对于那些没有将硅烷转化为单晶产品的硅烷厂家，一旦国内TFT-LCD发展变缓，其后果将不堪设想。

1.2 高纯氧化亚氮

2017年高纯笑气需求量陡然增大，得益于国内液晶产业的迅猛发展，TFT-LCD对N2O的需求。同时，笑气的应用领域也在扩大，如娱乐、赛车助燃、食品乳化等。回收废气提纯N2O的工艺同硝铵干法分解相比，尽管在某些领域回收法制造的高纯度笑气不被接受，但回收废气法提纯的N2O成本优势十分突出。某回收笑气的企业因原料尾气的供给与需求发生突变，导致市场N2O供应严重不足，价格飙升。据了解国内已经有多家拟开展N2O回收的企业，大都处于在建状态，据悉位于重庆涪陵的某企业回收N2O已经达产；这些厂家一旦产能释放，国产N2O价格又将一泻千里。上游己二酸尾气原料的长期稳定供应是回收法提纯笑气的关键之一。技术环节上看，各种胺类溶剂脱除尾气中二氧化碳技术相对成熟，精馏法脱除轻组分杂质的关键是塔顶制冷循环的方式及其经济性。总之，2017年国产笑气供应不足，需求陡增，美国笑气工厂出现意外事故等综合因素，导致需求不平衡是2017年国内笑气市场供不应求、价格攀升的主因。

图1 回收法提纯电子级笑气流程

图2 N2O-CO2气液平衡图

表1 己二酸生产过程N2O废气组分

1.3 高纯烷类电子气体

福建博纯气体生产的高纯锗烷据称为全球产量第一。在薄膜太阳能领域其产品尤其是纯品锗烷占有率很高，获得了极高的市场回报。2017年8月15日，福建博纯同美国半导体材料生产和经销商Entergris Inc携手在福建泉州成立合资公司，目标直指中国半导体高端市场，早在2016年博纯就代工Entergris Inc产品，据了解Entergris Inc在芯片制造工艺中具有垄断性专利产品——SDS。从代工到现在的实质性的合作生产，在当下良好的市场背景下，该公司的合作无疑前途无量，其产品的竞争力值得关注。该合作方式兴许也会成为未来国内众多公司与外资合作的良好典范。

博纯合资气体公司生产的产品：电子混合气体及SDS3包装产品：GeH4、Si2H6、TMB、B2H6、PH3、AsH3、D2等等。研发中心：美国亚利桑那州。

1.4 乙硼烷及含氟无机及有机气体

乙硼烷化学性质不稳定，从国外进口基本上按混合后的方式进来，使用起来十分不便；C4F6是环境友好型含氟化合物，高档的IC生产线有很好的需求，国产这些气体还没有形成稳定的产能，2017年日本大阳日酸宣布在中国扬州化学工业园区成立：扬州大阳日酸半导体有限公司，投资61 325万人民币，增建年产240 t/a电子化学品。项目品种：SiH4、Si2H6混配；B2H2的合成与混配；BF3的纯化与分装；C4F6的提纯与分装；CH3F的提纯与分装；平衡气H2、N2、Ar、He提纯与分装；先进的气瓶处理设备。

大阳日酸国内特气的属地化生产，将彻底改写某些气体完全依赖于国外进口的历史，同时对国内气体的冲击将产生不小的影响，因为这些气体虽然必需，但其总量还是不大的。

1.5 高纯氨气

高纯氨气是光伏太阳能、LED、TFT-LCD生产的重要大宗类气体，前几年受国内光伏太阳能“大跃进”般的发展影响，国内上马的高纯氨生产总量大大超出实际需求，溢出部分虽然出口到东南亚地区，但国内市场高纯氨价格一路处于狂跌状态，即使是在国内生产高纯氨的外资企业都曾计划将氨生产线改为他用。然而最近几个月峰回路转，国内氨价格整体提高，并且萎缩多年的高纯氨市场也同其它工业气体一样似乎又恢复了难得的生机和活力，国内有的大型涉氨企业正在计划上马高纯氨项目，计划一旦落实国内高纯氨市场又会出现更多的不确定性。

1.6 高纯氯化氢

高纯氯化氢是半导体制造需求量比较大的气体，国内以张吉瑞老师为代表的团队进行了多年不懈的努力，建起了高纯氯化氢生产线，满足了许多国内客户甚至外资气体公司的认可，但在高档IC线上，国外高纯氯化氢仍占主导。高纯氯化氢基本是采用化工过程的尾气进行回收提纯，不同的尾气杂质种类含量相差很大，这意味着提纯工艺完全不同，更确切地说一种氯化氢生产工艺即使是十分成熟的技术，在不同工艺尾气，不同生产地区进行推广，都将会遇到难以克服的新问题，甚至导致项目的投资失败。因此，在对氯化氢项目感兴趣的时候，尤其是利用或引进国外提纯技术的时候，务必关注氯化氢提纯净化技术的适应性，必要时有必要采用真实的尾气进行模拟实验，如氯化氢中二氧化碳杂质用何种方法脱除等等。由于氯化氢用量较大、满瓶空瓶物流麻烦、氯化氢尾气来源极其丰富等因素，相信国内氯化氢的生产难题迟早会被攻破，最终实现氯化氢的完全国产化。

1.7 高纯二氯氢硅(DCS)、高纯三氯氢硅(TCS)

二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)是十分重要的半导体“源”性材料。我国已经将TCS列为中国制造2025强基工程重点支持的品种。针对国内客户急需，为了减少运输等带来的不便，以硅性原材料见长的日本信越化学工业在浙江西亚特公司组建合资公司，在国内分装DCS、TCS产品，整个分装流程的配置及检测仪器和方法完全按照日本信越化学公司的标准建设和配备，目前分装的产品经过日方现场验收，质量完全满足日方要求。

1.8 高纯一氧化碳

高纯CO是半导体制造过程重要的“碳源”提供者。虽然用量暂时不大，但进口价格昂贵，估计用量会不断加大。CO-N2因二者的沸点相差很小，精馏分离十分麻烦，需要消耗大量的冷媒(LN2)，目前液氮价格较高，若对制冷蒸发的气体氮气不加以回收利用，无疑会增加制造成本。

国内以往提纯所用的原料级别CO几乎都是采用甲酸浓硫酸脱水的方法合成，由于反应所使用的原料涉及到强腐蚀、强氧化性的酸，为了避免腐蚀，基本采用玻璃反应器，产量不易提高，且产生严重的三废，因此不易放大，导致CO生产难度大。2017年，国内某企业利用化肥厂造气产生的水煤气，经过包括低温甲醇洗等系列净化处理环节，然后通过低温双塔精馏提纯，获得优质低价的CO净化原料，计划生产半导体级别的CO，据不完全统计国内目前至少有四家以上的气体公司生产高纯CO，这些厂家生产工艺虽然各有不同，但脱除CO中的空分杂质如N2几乎都要采用传统的精馏手段，用普通碳钢瓶充装CO，CO2杂质浓度严重升高是一个值得关注的问题。

2 中国气体的未来

1．由于IC产业国内有巨大的需求，进口存在严重缺口，我国政府未来几年仍将以“壮士断腕”的决心大力扶持半导体的发展，无疑作为原材料的特种气体存在很大的发展空间，需要关注的是，随着TFT-LCD的国产化完成，或许国内TFT-LCD的发展会适当放缓。未来几年国外会有大量的气体公司蜂拥中国，实现气体的属地化生产销售，国内也会有许多的气体公司转移到东南亚等国家实现气体制造。

2．气体企业间的整合已经是迫不及待的选择。中国经济在“促增长，调结构”方针的政府干预下，尤其是经过2017年的“环保风暴”，包括气体行业在内的中国企业正逐步告别“粗放式”的发展，气体企业“正规化、规模化、国际化”是未来的发展方向，只有实现区域整合、资源整合才能完成诸多小微气体企业的三化，如果说过去几年是企业是否自愿的行为的话，那么当下甚至未来，整合则是关系企业是否存在下去的大事。实际上国外气体巨头间的收购整合从未间断过，其目的是为了做大、做强、做实及做得更长久。

3．未来国内气体公司研发能力会逐步的提升。特殊气体尤其是电子气体，我国一直是行业的追跑者，研发环境还没形成，技术力量相对不足，导致我国气体缺少有力的技术牵引，我国特种气体的生产仍沿袭过去的依靠市场拉动的方式，相信随着资本的流入，许多大型气体公司会高度重视自主知识产权的培育。届时或许会有许多新工艺、新技术、新方法、新设备等出自我国气体工作者之手。

4．高投入、高回报、高风险将成为常态。中国特气市场因下游的变化会变的更为复杂，或许2017年中国特气市场风云变幻，只是中国气体历史的一个转折点的开始，未来中国特气将会真正意义的遵循“高投入、高回报、高风险”这一规律。为了规避风险，无疑立项前的风险分析显得尤其重要甚至必需。

5．随着IC向纵深发展，大批高效、环境友好型的氟碳气体必将取代目前某些炙手可热的含氟类气体。因此，研发和生产创新性产品显得尤为迫切和重要。当大批成熟的电子气体实现国产化后，产品逐步由成熟期走向衰退期，未来再开展何种气体的生产这是一个普遍值得关切的问题。

总之，2017年中国气体的发展发生了质的飞跃，包括砷烷在内的许多气体及电子混合气体都实现了规模化生产，众多的社会资本也对气体发生了兴趣，让沉寂多年的中国特种气体制造“狼烟四起”，随着中国IC的深入发展，中国特气必将对世界特气的布局和市场产生深远的影响。