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漫談鍺和镓:對日爾曼蠻子和高盧公雞的炒作(上)

(2023-07-08 18:42:16) 下一個

鍺是Germanium(Ge)的音譯,從英文名看肯定是與Germany( 德國或日爾曼)有關,查了查,果然是個德國化學家發現的,以他的母國國名命名了這個元素。镓的英文是Gallium(Ga),是個法國人發現的,表麵看起來這個元素的名稱似乎與法國無關,但是,羅馬時代的法國地區是叫高盧, 拉丁語是Gallia, Yes, 這個法國化學家正是以他的國家古名命名了他發現的新元素。

順便提一下,镓這個漢語音譯者肯定是個南方人,因為漢語南方方言和中古漢語中“家”的發音正是“ga”。  北方的不少地名也保留了”ga”的發音,比如楊“格”莊,就是楊“家”莊的中古漢語發音,隨著時代遷移, 古代的g發音在北方變成了j, 但在北方有些地名裏還有保留古音。

最近中國宣布對鍺和镓及其化合物不久要實施出口管製,讓平時不受大眾關注的這2種半導體金屬一下熱鬧起來,眾說紛紜,有說出口管製沒啥效果,有說有效, 還有說是中國對西方的殺手鐧。嗬嗬,所以我用“對日爾曼蠻子和高盧公雞的炒作” 當副標題來吸引眼球,這個副標題本身就是個炒作, 也是對這個2個元素的炒作。

先談談鍺,其實鍺在半導體屆不是新貴,而是最早的明星了。 最早的晶體管就是鍺晶體管, 3位發明人William Shockley,John Bardeen 和Walter Brattain因此獲得諾貝爾物理獎;  集成電路(IC)的發明人之一,德州儀器的Jack Kilby也是把電子電路的組件集成到鍺基半導體材料上,他也因此獲得了諾貝爾物理獎。 而另一個公認為集成電路的發明人, Intel公司的創始人之一的Robert Noyce的集成電路是用矽基,這以後成了行業主流,隨著矽的提純和加工工藝的成熟,鍺半導體逐步退出了舞台,成了昨日黃花。

中國半導體的第一,也是鍺單晶,1957年,林蘭英隨身帶了各100克的鍺與矽單晶回到了中國,以她帶回來的晶體作為晶種拉出了鍺單晶,1958年人民日報宣布這個“自力更生”偉大成果, 哈哈,這個“自力更生”我是一定要打上引號的。 從此開始了中國半導體行業在媒體上放衛星來證明黨領導偉大的進程, 但令人尷尬的,報捷的衛星越多,與西方的差距越大,直到2000年代以後,台灣人來中國大陸建立了芯片製造廠,總算才是開始走上了“正途”。

再聊聊林蘭英, 她出國留學時已過30了,拿到PhD之後在美國一家半導體製造公司工作了幾年, 回國時已年近40,以前看過她的侄子還是侄女寫的一回憶文章,說她回國的原因,除了“報效祖國”之外,是在美國不容易找到成婚對象。 這就有點奇怪了,亞裔女性在美國應該要比在中國更容易找啊,果然, 她回中國之後還是終身未婚。她的學術眼光也有點問題,就是在鍺與矽之間,她更看重鍺, 這個是大方向失誤了。 她回國的時間是1957年,可能是從49年開始的一批留美生回國潮(大約回去的1100還是1200人)中的倒數第幾名了,這個應該要問帕格裏裏, 他是文學成博主中研究50年代留美生回國的行家。  反右後,還在美國的約5000人中就沒有幾個回中國大陸了,總算是徹底認清了黨的真實麵目了。

與林蘭英1957年前經曆比較類似,我想到是張忠謀, 張是來美國讀本科的,在申請MIT本校的PhD失敗之後,到了一家半導體公司工作,在1958年轉到德州儀器,與後來獲得諾貝爾獎Jack Kilby成了同事,張在德儀逐步升到第3號人物,退休後來在台灣經濟領導人的力邀下到台灣創立了台積電這家偉大企業。

扯遠了,再回到鍺,在與矽的IC材料競爭中徹底失敗之後, 轉而在特別領域找到了用途, 主要是在光學領域,鍺能透過紅外線,而紫外線和可見光過不去,我一下就想到了啥?烏克蘭戰場的軍用夜視儀。 紅外光學是鍺的最主要用途,應用於軍事,汽車和太空領域,難怪美國國防部把鍺列為國防關鍵材料。 其它主要應用是光纖和太陽能電池。

至於鍺現在芯片(即IC)製造上沒啥用途, 所以中國管製鍺的出口,對芯片行業的影響十分有限,如果不是0的話。

根據美國政府的鍺地質調查:

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

美國每年消耗量大約是30噸, 按鍺金屬價格算,大約是40M美元(嗬嗬,就4千萬,連一億美元都不到),  在2018-2021年之間,從中國進口量占比54%。 全世界產量在2023報告裏沒有,但在2022年報告裏有,估計是140噸,其中中國產量是95噸,其餘國家是45噸,中國的出口量,2022年到8月止是23噸,這樣的話,中國一年出口量大約是30噸左右。

美國本土沒有直接生產鍺, 但在阿拉斯加和田納西各有一家金屬鋅廠有副產鍺濃縮液,阿拉斯加鍺濃縮液出口到加拿大製造鍺,田納西鍺濃縮液出口到那裏報告中沒提及。美國鍺濃縮液出口折算成金屬鍺每年大約是5-7噸。另外,美國俄克拉何馬有家回收鍺的工廠,猶它州有家製造鍺晶圓(wafer)的廠,鍺晶圓是用於製造衛星上的太陽能電池。

美國政府有鍺的戰略儲備(stockpile), 至2022年9月底,儲有金屬鍺近21噸,鍺晶圓68噸。 加拿大Teck公司生產鍺, 產量是多少沒查到,如果美國2家鋅廠鍺濃縮液(折算是5-7噸鍺)都是來加拿大精煉,加上加拿大本土的資源,我個人估計15噸左右應該有。

最有趣的是,俄羅斯剛宣布要提高鍺的產量, 老毛子目前大約年產5噸,但據報道有20噸的產能,哈哈哈。

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

還有剛果也湊熱鬧宣布她的新工廠將生產30噸鍺。

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

總結,如果中國實施對鍺的出口管製, 對美國也不構成威脅。短期看,美國自己有足夠儲備,北方鄰居加拿大也有相當大的產量; 中期看, 中國出口管製空出來的30噸市場,很快會被老毛子填補一半,如果再加上剛果的30噸填補市場空缺綽綽有餘,這都不用美國自己動手。

鍺就聊完了,明天有空,或下周有空,再漫談镓, 這個對美國短期看是有威脅的,但也不是沒有辦法處理。

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7/14/2023 編輯:

網友阿留在漫談係列(下)留言,對鍺的用途做了專業性的補充, 特在這裏轉載如下:

鍺比較有用的其實是化學氣相沉積的precursor氣體, 如GeH4鍺烷,這個做集成電路確實用得著,SiGe用來把Si層引入應變,增加載流子遷移率,但這個絕對用量不大,而且我朝並不是這方麵的主要供應商,造這個的主要是北美。鍺晶片本身用量很少,幾乎沒有多少市場。

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評論
insoine2 回複 悄悄話 回複 '曉悟之' 的評論 :
嗯,在德儀任職期間,公司送他去斯坦福讀PhD的, 其實他的成就也不需要PhD證明。 華人嘛,還是在乎文憑的,洋人就不一樣,Gates, Zuckerberg等等是從名校本科就輟學創業了,Musk我記得在斯坦福研究生讀了幾天就退學辦公司去了。
曉悟之 回複 悄悄話 張忠媒最終在斯坦福通過了博士考試,取得了博士學位。
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