近期,报道出一个好消息,我国在安徽境内发现高纯度石英矿,二氧化硅纯度达到了99.9962%,也就是4N6的等级,而在此之前我国发现最好的石英矿,纯度才99.35%,还不到3N等级。
而想要制造芯片,纯度至少需要达到4N以上(99.99%),目前我国在这一方面是缺失的,长期以来都是从美国和挪威等地进口。
而这些年,我国与美国正在面临科技战争,如果美国一旦从中作梗,那么我国从基础原料上就面临断供的风险,这还谈什么突破,可能连低端芯片都难以制造出来了。
好在这次发现高纯度石英矿,将会改变我国芯片缺“硅”的窘境,让我们更有底气来面对他们,胜利也终究是我们的。
为何只有石英砂才能制造芯片?很多人都知道,想要制造出“芯片”,有个非常重要的原材料,那就是二氧化硅,说到二氧化硅,很多人就想到河边的沙子。
是的,大部分的沙子其主要成分是二氧化硅,但是,其硅含量大约在54-56%左右。这个纯度想要制造芯片,显然是不太可能,其内部杂质含量太高了,以如今的技术想要进行提纯,也不是不可能,只是成本太高了,并且还只能应用低端产品。远远达不到制造芯片的标准。
而想要用来制作芯片,在地球上最优质的资源就是高纯度石英砂了,这是因为高纯度石英砂中的二氧化硅含量非常高,基本都是达到99.9%以上。
虽然地球上的硅含量比较高,达到26.3%左右,仅次于氧元素的48.6%,排名在第二位。
然而,由于硅元素一般与其他元素混合在一起,这就导致硅元素中的杂质含量比较高,为了芯片内部稳定性,除了对二氧化硅的含量有要求外,对矿石中的铁元素含量也有严格的要求,其中氧化亚铁的含量要低于0.005%,氧化铁的含量也要低于0.001%。
这就导致全球虽然硅储量比较高,而能用用于工业品的石英矿数量较少,而要符合制造芯片和高端制品的石英矿数量更加稀少。
而一个主要原因,是因为富含二氧化硅的石英矿脉诞生过程极其苛刻。石英是岩浆中常见的物质之一,当火山爆发后,石英会随着岩浆一起到地表中来。
当岩浆冷却后,二氧化硅就会结晶形成石英,这种石英大多数与花岗岩、辉绿岩等有关。而石英是一种比较稳定的矿物,在分化和侵蚀过程中不易遭到破坏,然而在地质活动中,被搬运到河床、湖泊和沙漠中,在外力作用下,形成一颗颗细小的颗粒,也就是我们常说的沙石。
而另外一方面,在火山的高温下,二氧化硅由于熔点低,形成热液沿断层和裂缝流动,二氧化硅可以从溶液中沉淀下来形成石英矿,由于热液中的温度和压力较高,促使硅原子和氧原子发生作用,剔除杂质缓慢增长,形成高纯度的石英矿。
由于高纯度石英矿的形成比较苛刻,所以世界范围内高纯度石英矿不仅少,而且分布也不均匀,我国就面临高纯度石英矿短缺的情况。
全球石英矿的分布情况一般要制造芯片,硅含量最低都要达到99.9%,而这还是最低的3N等级,一般都是用来制作低端电子产品。含量达到99.99%的称为4N等级,属于中端产品,主要用于高端光学器件和激光器件。
而含量达到99.999%的被称为5N等级,属于高端产品,杂质含量比较少,才能达到高端产品的制作标准,例如光伏、芯片和微电子等产品。
目前全球主要有七大石英矿床,只有这些矿场满足芯片和高端产品的需求,而美国斯普鲁斯派恩矿,其硅含量达到了4N8等级,也就是99.998%,由于其品质高,加上矿脉数量大,一度垄断了全球90%的生产量。
排在美国之后的,就是挪威,其市场占有率约为5%左右。剩下才是俄罗斯、澳大利亚和加拿大等国。
而中国由于境内优质石英矿比较稀少,最优质的石英矿位于湖北蕲春县西北20公里的横山镇,这个矿场被称为灵虬山脉石英矿,不过其纯度与国外一些优质矿脉还有很大的差距,只达到99.35%,连3N等级都未达到,只有2N,其存储量是387.5万吨。
而3N等级的石英矿,想用来制作芯片和高端产品,要经过一系列复杂的工艺剔除、提纯。要达到6N-9N之间(99.9999%-99.9999999%),不仅难度非常高,而且成本也非常大。
相对于别人一出来,就是4N,或者是4N以上的石英矿,中国在这方面有不少的劣势。因为中国最好的石英矿连3N等级都未达到。
中国想要制造芯片,至少需要4N及以上的石英砂。目前4N以上的优质石英矿,还是以海外采购为主,中国成立石英股份,主要采购巴西、俄罗斯、非洲、印度和美国等地区的矿产资源。
而在特别时期,美国已经对我国在高端芯片制成上进行封锁,谁也不知道其他们什么时候会从原料上下手,那就从最根本上,断绝了中国发展半导体行业的可能性了,如果没有自己的优质石英矿,又如何谈突破呢?
中国安徽境内发现高纯度石英矿好在,近期由安徽省地质勘探队、地质调查院和合肥工业大学共同承担的“安徽省岳西-太湖-潜山”地区石英矿脉调查结果出炉。
在调查结果中,总结出主要矿床、矿点特征,开展了石英矿的检验,发现其纯度达到99.9962%,已经达到了4N6标准,比美国美国斯普鲁斯派恩矿,也只低了0.002%,可以说是非常优质的石英矿了。
下一步,就是确定矿石产量了,目前已经初步分析了成矿地质和成矿规律,圈定了矿区大致范围,总共有8处找矿靶区。
从这次安徽发现的高纯度石英矿,可以从根本上解决在芯片产业上的燃眉之急,至少不用在原料上受制于人,解决了芯片缺“硅”的窘境了。
这也为中国发展芯片等高端产业提供了不小的帮助,在这个中美科技战的关键时期,发现这么优质的石英矿,只能说天助我也,在这场科技战中,我们一定会引得最终的胜利!