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氦气紧缺，泛林是如何应对的？

2021-10-25 10:44:00

氦气正在变得紧缺。对于它的用途，消费者可能最熟悉的就是充气球，但其实各种工业领域对氦气的应用更加广泛，其中也包括半导体制造。出于供给考虑，包括泛林集团在内的许多公司都在寻找减少氦气使用的方法。

半导体芯片的制造涉及多种材料。有些材料比如硅的参与显而易见，最终会出现在成品中；其他材料则不那么明显，只是参与了幕后过程，最后不会出现在芯片里。氦气就属于后者，主要用于冷却。

氦是自然界中第二小的原子，仅次于氢。氦气是一种惰性气体，不与其他任何物质发生化学反应。它在-268.9°C液化。它的沸点和冰点低于其他任何已知物质，其导热系数（传递热量的能力）也是除氢气以外的气体中最高的。

和许多其他材料一样，有两种方法可以获取氦气，从大自然中提取或者在实验室里合成。由于合成成本太高，目前氦气只能靠提取获取。回收氦气的方法还在讨论中，尚未得到普遍应用。这意味着，氦气使用后便被丢弃，后续无法再次利用。

氦气只有一种可靠来源：天然气藏。由于铀等元素的放射性衰变，地球上产生了氦气。氦气常常在天然气藏附近的地下水里聚集。虽然空气中也有氦气，但从空气中获取氦气的成本是从天然气藏中提取的10，000 倍。也因此，使用后被释放到环境中的氦气目前无法得到再利用或回收。

虽然并非每个天然气藏都含有相当数量的氦气，但这样的矿床不少。一般来说，0.3%以上的氦含量就具有商业开采价值。对于这些气田来说，只要天然气被提取出来，氦气也就分离出来了。

目前能产出氦气的国家很少，仅有美国、加拿大、卡塔尔、阿尔及利亚、波兰、俄罗斯和澳大利亚。在这七个国家中，分离氦气的精炼厂不到 20 家。随着氦气的提取和天然气供应的枯竭，氦气产量将会减少，这引发了目前对氦气长期可持续性的担忧。

随着供给逐步减少，氦气已经成为一种战略材料，这使行业与政府都开始关注氦气未来的用处和用法。同时市场已经做出反应，氦气价格在过去十年中翻了一番。短期价格飙升和短缺比过去更加普遍，政府管控的可能性增加。

这对要求来源稳定、可预测的制造企业来说是一种挑战。它们正在寻找生产过程中尽可能减少氦气使用的方法。

泛林集团正在努力减少对氦气的依赖，这些氦气在泛林的某些设备中用于冷却。我们面临的挑战在于，要在不中断设备运行和客户使用这些设备进行批量生产的前提下，减少氦气的使用量。

我们正在尽一切可能寻找氦气的替代品。挑战在于，除了非常活泼的氢气，没有比氦气导热系数更高的材料。也就是说，即便是可行的替代品，其导热速度也都不如氦气。如果导热太慢，制造过程中的冷却时间就要延长，导致整体生产的时间增加，效率也随之降低。泛林正在努力寻求两者的平衡。

由于泛林的努力，目前我们的客户每生产一片晶圆所使用的氦气已经大幅减少，但我们能做的还有很多。泛林集团的目标是继续降低使用我们的设备所需的氦气量。随着氦气价格的不断攀升，氦气替代品的发现对于我们的客户来说就是降低成本，从长远来看，这将是半导体制造可持续化进程中的又一大步。