金屬鎵的生產(chǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景
隨著砷化鎵化合物半導(dǎo)體的優(yōu)異性能不斷被發(fā)現(xiàn)，鎵的需求急劇增加，而且，中國(guó)的需求增長(zhǎng)速度將高于全球。目前看來(lái)，高純鎵的應(yīng)用將向高水平深度和廣度發(fā)展。深度方面，7N、8N以上的鎵施展空間大，如微波電路、納電子器件等發(fā)展很快；廣度方面，主要是6N級(jí)鎵的應(yīng)用，如半導(dǎo)體照明、LED領(lǐng)域等，是國(guó)家正在大力扶持的行業(yè)。
鎵是一種較年輕的金屬，1875年才被發(fā)現(xiàn)。因其稀少且分散，直到1915年才真正提煉出來(lái)。當(dāng)時(shí)認(rèn)為，這種熔點(diǎn)低而貴的金屬幾乎沒(méi)有什么用途。美國(guó)到了1943年才將鎵作為副產(chǎn)品少量生產(chǎn)，中國(guó)則到了1957年才作為副產(chǎn)品少量生產(chǎn)。從那時(shí)起，各國(guó)在建設(shè)氧化鋁工廠時(shí)，都附帶建有鎵生產(chǎn)車間以綜合利用資源；我國(guó)直到20世紀(jì)末，才有山東鋁廠生產(chǎn)鎵。
鎵的用途與市場(chǎng)
各國(guó)對(duì)金屬鎵的興趣源于20世紀(jì)60年代初，砷化鎵作為…種新型優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體的研究熱興起，但真正大規(guī)模的生產(chǎn)是在20世紀(jì)80年代。隨著砷化鎵半導(dǎo)體器件研究的成熟，砷化鎵化合物半導(dǎo)體的優(yōu)異性能不斷被發(fā)現(xiàn)，砷化鎵微波器件、激光器和發(fā)光二極管大量涌現(xiàn)，尤其是20世紀(jì)90年代初，藍(lán)色LED的研究成功，激發(fā)了白色LED的開(kāi)發(fā)，“照明革命”開(kāi)始了。于是，對(duì)鎵的需求急劇增加，加上商業(yè)炒作，鎵的身價(jià)甚至上漲4倍以上。
經(jīng)過(guò)近20年的努力，白色LED照明技術(shù)已取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，加上節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，世界各國(guó)政府都給予大力扶植。由于可預(yù)見(jiàn)的效益，對(duì)砷化鎵的研究和生產(chǎn)目前已大部分轉(zhuǎn)向了LED產(chǎn)業(yè)。
2005年以來(lái)的幾年中，雖然全球鎵的需求量只增加了26.68%，但應(yīng)用的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，原來(lái)金屬鎵用于制造GaAs、GaP體材料，作為體材料增加的速度有限，但器件的發(fā)展是以薄膜化為特征的。LED、集成電路、激光器和太陽(yáng)能電池，都采用了在襯底片上生長(zhǎng)單晶薄膜的工藝生長(zhǎng)GaAs、GaSb、GaN，且用的都是三甲基鎵(TMG)。雖然規(guī)模很大，但以鎵的重量來(lái)計(jì)算，畢竟是少的。
化合物半導(dǎo)體器件發(fā)展的勢(shì)頭越來(lái)越迅猛，因?yàn)樗瞎?jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)，預(yù)計(jì)今后每年將以20%一25%的速度增長(zhǎng)，所以對(duì)鎵的需求也會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)。
未來(lái)預(yù)計(jì)，中國(guó)的需求增長(zhǎng)速度將高于全球。一是因?yàn)橹袊?guó)原來(lái)基礎(chǔ)比較薄弱，以LED為例，原來(lái)芯片95%都是進(jìn)口的，為了趕上半導(dǎo)體照明這場(chǎng)產(chǎn)業(yè)浪潮，國(guó)家成立了協(xié)調(diào)辦公室，批準(zhǔn)成立了八個(gè)半導(dǎo)體照明示范基地；幾年中，LED芯片的自供率已達(dá)到了60%，但白光LED的效率、成本與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大差距，國(guó)家已投入越來(lái)越多的力量，大力發(fā)展LED產(chǎn)業(yè)。二是國(guó)外著名的砷化鎵襯底公司AXT移址北京，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)砷化鎵晶片的生產(chǎn)；今年，兩家主要的外資砷化鎵晶片廠使用的金屬鎵將達(dá)到40-50噸。
鎵生產(chǎn)和應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)
1、生產(chǎn)
全球從事鎵生產(chǎn)的單位有30多家，但原生鎵的生產(chǎn)主要集中在一些大的氧化鋁廠和大的有色金屬冶煉廠，其中，90%的原生鎵來(lái)自氧化鋁廠。
據(jù)2005年統(tǒng)計(jì)，全球原生鎵的生產(chǎn)能力約為423噸，其中加拿大50噸、德國(guó)35噸、法國(guó)50噸、匈牙利8噸、俄羅斯18噸、烏克蘭3噸、捷克斯洛伐克8噸、日本100噸、哈薩克斯坦20噸、澳大利亞50噸和中國(guó)80噸。
鎵的產(chǎn)量受主體金屬的生產(chǎn)情況制約，因?yàn)殒壴诘V物中是以伴生狀態(tài)存在的，在主體金屬冶煉中通過(guò)綜合利用而回收獲得鎵。實(shí)際上，全球的原生鎵產(chǎn)量從沒(méi)有超出過(guò)200噸，因?yàn)橄牧恐羞�有相當(dāng)一部分是再生鎵。由此可見(jiàn)，從產(chǎn)能看，鎵需求量的增加，原材料完全可以得到滿足；另外，還有相當(dāng)大的一部分氧化鋁廠，迄今仍未建立鎵的綜合利用車間。
近5年來(lái)，中國(guó)以砷化鎵為主的化合物晶片工業(yè)迅速擴(kuò)大，尤其是近兩年來(lái)，增勢(shì)更為迅猛，而且還將以更快的速度發(fā)展。所以，對(duì)鎵的需求也急劇增加。
為順應(yīng)市場(chǎng)的需求，生產(chǎn)鎵的企業(yè)數(shù)量和規(guī)模也迅速增加�，F(xiàn)在，生產(chǎn)原生鎵的單位除了原來(lái)的山東鋁廠、山西鋁廠吉亞公司、鄭州長(zhǎng)城鋁業(yè)公司、貴州鋁廠四家氧化鋁廠和株洲冶煉廠（綜合利用）外，三門(mén)峽市的開(kāi)曼鋁業(yè)公司、東方希望（三門(mén)峽）鋁業(yè)公刮、山西萬(wàn)榮的方園公司等紛紛崛起，產(chǎn)能都在20噸以上。方園公司的三個(gè)生產(chǎn)分廠總產(chǎn)能達(dá)40噸以上，同屬杭州錦江集團(tuán)的山西孝義化工公司義在興建產(chǎn)能為20噸／年的項(xiàng)目，這些民營(yíng)企業(yè)的總產(chǎn)能接近100噸，而且，有75噸已經(jīng)量產(chǎn)，大大超越了國(guó)有企業(yè)（包括合資）的產(chǎn)量。展望今后5五年，中國(guó)的鎵市場(chǎng)將逐漸被這些民營(yíng)企業(yè)所主宰，從而將影響全球的鎵市場(chǎng)。
在鍺銦鎵中，鎵和鍺的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銦。高純鎵的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定很多年，但是在2002年一直沒(méi)有實(shí)際產(chǎn)品，2002年南京金鎂鎵業(yè)有限公司生產(chǎn)了第一批高純鎵。鎵的深加工目前主要有三個(gè)企業(yè)：四川峨眉739廠，一年大概生產(chǎn)1噸多左右，產(chǎn)品做到6N、7N；山東鋁廠研究院，雖然批量生產(chǎn)高純鎵，但是大部分是SN以下的；南京中鍺科技公司的合資企業(yè)——南京金鎂鎵業(yè)有限公司，目前其鎵的純度是國(guó)際上公認(rèn)為品質(zhì)最好、產(chǎn)能最大的，可以達(dá)到8N以上，產(chǎn)能60噸，今年預(yù)計(jì)50噸。
2、應(yīng)用
江蘇南大光電材料股份有限公司、大連光明和電貿(mào)易有限公司是國(guó)內(nèi)唯有的兩家做三甲基鎵(TMG)的企業(yè)，產(chǎn)品是化合物半導(dǎo)體器件和化合物半導(dǎo)體電池的主要原料，TMG的原料是鎵鎂合金。國(guó)內(nèi)能提供鎵鎂合金的只有中鍺科技，預(yù)計(jì)今年生產(chǎn)鎵鎂合金5噸左右。
目前看來(lái)，深加工高純鎵的應(yīng)用向高水平深度和廣度發(fā)展。高水平方面，7N、8N以上的鎵施展空間大，比如微波電路，量子器件、納電子器件發(fā)展很快，由北京有色金屬研究總院和南京金鎂鎵業(yè)有限公司共同起草編寫(xiě)的MBE（分子束外延）級(jí)鎵的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)公布。廣度發(fā)展方面主要是用6N級(jí)鎵，用于國(guó)家正在大力扶持的行業(yè)，如半導(dǎo)體照明、LED領(lǐng)域和手機(jī)等，占全部鎵產(chǎn)量的60%以上。
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