近日,全世界的目光都聚焦在美国总统大选上,经过一系列戏剧的“跌宕起伏”,最终特朗普赢下哈里斯,再次当选美国总统。
这位地产“大魔王”再次上台,让中美半导体未来走向变数剧增。此前其曾表示,芯片法“太糟糕了”,要征收关税来吸引更多芯片公司来美国建厂。
在美国轰轰烈烈大选时,缅甸还爆发了地缘政治冲突,克钦独立军夺取了缅甸最大的稀土矿Pang War的控制权。
缅甸是全球第三大稀土原矿产地,全球几乎一半的重稀土供应都来自缅甸,现在缅甸最大的稀土矿因叛乱组织占领而被迫暂停开采,这将扰乱全球供应链,导致稀土价格飙升。
公开数据显示,“中华稀土第一股”的北方稀土,11月的氧化钕挂牌价为424900元/吨,较上月涨800元/吨;金属钕挂牌价为526000元/吨,较上月涨1000元/吨。
稀土在半导体产业中扮演重要角色,是制造高性能半导体至关重要的原材料。
缅甸地缘政治冲突,将引发全球半导体供应链“稀土恐慌”。下面主要对稀土在半导体领域的应用以及中国、美国对稀土布局进行分析。
稀土为何对半导体行业如此重要?
稀土,是指镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇等元素的总称。
这些稀土元素大部分来自镧系元素家族,位于我们常见的元素周期表第ⅢB族,它们的化学性质和物理性质相对独特,在光、电、磁等方面具有优异的性能。
光:一些稀土元素具有特殊的光学吸收和发射特性,可用于制造半导体激光器、发光二极管(LED)等光电器件;电:稀土元素具有丰富的电子能级和特殊的电子构型,这使得它们在半导体中可以起到调节电子传输、自旋等特性的作用;磁:稀土元素是具有铁磁性的金属,像铁一样可以被磁化变成永久磁铁,具有非常高的磁学性能。简而言之,加入稀土元素可以调制半导体的禁带宽度,改善电子结构,提高光电转换效率、热稳定性以及增强磁性能等。
凭借这些优异的性能,稀土被广泛应用于生产高性能半导体材料、半导体抛光、靶材、半导体芯片制造、光电器件制造等多个方面。
在生产半导体材料领域,稀土的应用尤其重要,我们最常见永磁材料。比如钕铁硼高性能永磁材料就是必须依靠钕、镨、镝等稀土元素才能制作出来的。
这些磁性材料具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积性能,在半导体中被应用在驱动马达、微电机、磁性传感器,以及硬盘、磁带驱动器等。
永磁同步磁阻电机中,稀土永磁铁占到整个电机原材料成本的50%。永磁材料的价格昂贵,导致一些电动车厂商在寻求替换方案,去年“电车之王”特斯拉就曾扬言下一代永磁电机弃用稀土材料。
不过,不少业内人士认为在全球磁材料没有大突破的情况下,稀土磁材仍是EV电机主流的解决方案。
稀土也常被用作半导体抛光材料,其中氧化铈是抛光粉最常用的材料,凭借其独特的铈元素多价态、易转性特性,在半导体抛光中展现出显著优势。
这些优势包括抛光速率高、对被抛表面损伤小、抛光表面粗糙度低等,可以提高半导体芯片的表面平整度和光洁度,所以稀土被广泛应用于集成电路的精密抛光。
未来芯片尺寸会越来越小,制程会不断向3nm靠近,稀土抛光液精准控制芯片抛光的优势将被更显著地发挥出来。
在半导体靶材领域,钽、钨等稀土元素的身影也经常出现。在90nm-3nm的先进制程芯片中,钽靶材是必需的阻挡层薄膜材料,其出色的耐腐蚀性、高熔点和化学稳定性,对提高半导体的性能和可靠性有重要意义。而钨通常被用作存储芯片的靶材,在制造环节中可以很好地保护存储芯片的性能。
在我们一直被卡脖子的光刻机中,尤其极紫外(EUV)光刻机,稀土更是要角。稀土元素本身具有独特的荧光性质,所以被用来制造高质量的曝光光源,确保光刻图案的精准性和清晰度。
此外,部分稀土元素还可以用来制造光刻机中的光学元件,增强光掩膜的抗拉强度和耐高温性能,以及制备光致反应型光刻胶。
加强出口管制
中国扼住全球稀土命脉
稀土对新能源汽车、半导体、人工智能等产业发展具有重大的战略意义,这导致各国都在争相布局,储备稀土。当今世界稀土的形势简言之就是,“人们满世界寻找稀土元素”。
全球有190多个国家,而目前稀土行业却是“三足鼎立”的局面。USGS数据显示,2023年全球稀土资源总量为1.1亿吨,其中中国拥有4400万吨,占比高达40%;
而越南的稀土储量仅次于中国,以2200万吨排名第二,占比20%;而排名第三的则是巴西,拥有2100万吨稀土的储量。这三大国合计占比全球近8成的稀土储量,赫然的“三足鼎立”。
可见,中国是全球稀土矿产最多、储量最丰富的国家。而且在产量上,目前中国也是稳居第一。
根据USGS数据,2023年全球稀土矿产量为35万吨,较2022年增长16.7%,其中中国同期稀土矿产量高达24万吨,占据全球市场半壁江山,67.93%的比重。2024年,我国把稀土开采总量目标提高到27万吨。
根据USGS数据,闪德资讯制图
虽然在过去,中国的稀土开采技术一度相对落后,但随着近年技术的显著进步,稀土的产量也在显著增加。
目前,我国在稀土方面的专利数量已经超过其他所有国家的总和,实现多项重大技术突破。例如中国科学家成功研发的风化壳型稀土矿电驱开采技术,可以显著提高稀土回收率30%,降低杂质含量70%,并缩短开采时间约70%。
为了保护我国在稀土储量的天然优势,以及稀土产量的自供,国家近年来一直严加管控稀土的产量和出口量,主张“多进少出”的政策,并积极推动行业整合,大型企业疯狂并购小型企业。
公开数据显示,2021年中国稀土出口量为48900吨,同比增长38%。而到了2022年同比微降0.4%,2023年同比增长率也仅7.3%。今年1-9月,我国稀土累计出口42936吨,同比增长6.4%。
这些数据表明我国在明显加强管制稀土的出口,保护稀土的储量,这将有力保障未来我国新能源汽车、半导体等产业走向高端化。
中国主要以轻稀土为主,为了弥补在中重稀土方面的不足,近年来我国一直从缅甸进口。缅甸是全球稀土产量第三大的国家,可以保障全球50%的重稀土供应。
根据海关数据,今年前9个月,中国从缅甸进口了30000多吨稀土氧化物。缅甸稀土矿被占领后,中国立即对缅甸实施贸易禁运。
缅甸稀土的供应中断,让不少国家都担心中国对稀土出口的管制加严。一些分析师也认为,如果中国卷入与美国或欧盟的贸易争端,中国可能会实施更多的出口管制。
今年6月国家颁布了新的《稀土管理条例》,8月又对锑等稀土元素下手管制,12月准备实施的《两用物项出口管制条例》也明确提到严格管控稀土材料。
为摆脱依赖
美国对稀土实行多重布局
美国是稀土的开采大国,但在储量上与中国有相当大的差距。数据显示,2023年美国稀土的储量大约为180万吨,仅为中国稀土储量4400万吨的4.1%。
这导致美国不得不依赖中国进口,稀土或成为未来中国对抗美国的最大优势。
2022年、2023年美国从中国进口的稀土数量分别接近8.38万吨、6.6万吨。近几年美国对中国稀土的进口量一直保持在较高水平,为减少对中国的依赖,美国正积极构建自己的稀土产业链。
但美国对中国稀土的依赖在短期内可能难以改变。“从根本上调整长年依赖中国的供应链并不容易。材料、物流费用高的美国在成本方面也存在不利因素,要想真正摆脱中国,至少需要10年的时间。”美国稀土磁铁制造商Niron Magnetics表示。
尽管如此,美国近年来也在持续努力。在构建稀土供应链方面,美国的布局主要以全球寻找稀土资源、建设稀土全产业链为主;
在国际合作方面,美国通过推动“矿产安全伙伴关系”框架,联合英国、澳大利亚、加拿大等12个国家,共同保障稀土供应链安全。同时,美国也在加速建设从稀土采矿、冶炼到加工、规模应用的完整产业链。
今年5月,有媒体爆出美国已经基本建立了稀土产业链雏形,从采矿、精炼、磁体制造到大规模应用,主要是MP材料公司、Ucore公司、Lynas公司、Defense Metals Corp等公司。为摆脱对中国的依赖,美国政府对这些稀土产业链相关公司给予重金支持。
拜登在任时,一直非常重视稀土生产链的构建。2021年刚上任1个月,就签署审查美国稀土资源供应链缺陷的政令;次月又启动3000万美元的计划,研究和建立国内的稀土和电池供应链。
2022年给美国第一大稀土材料公司MP材料高达3500万美元的资金支持,帮助该公司研发基地分离和提炼重稀土相关技术。
MP材料拥有权益的Mountain Pass稀土矿山
现在特朗普再上台,分析师认为中美贸易摩擦可能会进一步升级,导致中国收紧稀土出口管制。
特朗普第一次上台时,就发动了针对中国在内的多个国家的贸易战,除了大幅加征关税外、限制中国企业在美投资外,还加强了对中国科技企业的打压,通过技术封锁、扩大对中国企业的“实体清单”管制等手段,加剧中美在5G、人工智能、半导体等战略领域的竞争。
在半导体领域,美国针对GPU等高端芯片实施一系列制裁新规。近日,行业又爆出台积电从11月11日起暂停向中国AI和GPU客户供应7nm和更先进的工艺产能。
这释放了特朗普再上台后的危险信号,其可能会进一步加大力度打压中国半导体的高端化发展,稀土或将成为至关重要的谈判筹码。