半导体制造严重依赖氦气。

精密的半导体产品可以在指甲盖大小的硅芯片上蚀刻超过十亿个晶体管。实现如此复杂的工艺需要在生产线上经过多个步骤，才能在原子级别精确控制晶圆上的加工过程，而晶圆的直径可达30厘米。.

许多化学品和气体对半导体制造工艺至关重要。氦气便是其中之一，它具有低温特性、卓越的导热性、化学惰性、体积小、扩散性高等优点，且目前尚无直接替代品。氦气贯穿整个制造流程，是生产设施运行的必要条件。IDTechEx 在其报告《半导体及未来氦气市场展望（2025-2035）：市场、趋势与预测》中预测，到 2035 年，半导体制造对氦气的需求将增长五倍以上。.

例如，在生产线上，氦气作为沉积工艺的载气、等离子刻蚀的稀释剂以及晶圆冷却剂至关重要，能够最大限度地减少热应力下的晶圆翘曲。它对于制造5纳米以下芯片（人工智能应用的关键）的极紫外（EUV）光刻技术以及晶圆和工具的冷却都必不可少。此外，在工厂运营中，氦气还用于管道和设备的泄漏和安全测试，以及在制造过程中创造超洁净环境。.

为什么卡塔尔在氦气贸易中如此重要？

全球已知的氦气储量主要分布在卡塔尔、美国、阿尔及利亚、俄罗斯、加拿大和中国，其中卡塔尔储量最大（超过100亿立方米）。卡塔尔与美国和俄罗斯并列为主要供应国，同时也是第二大生产国，供应全球超过三分之一的氦气。.

氦气的生产方式也至关重要，因为它通常是天然气加工的副产品，而天然气中氦气的含量极低（通常在0.3%到0.5%之间，具体取决于储量）。从天然气中分离氦气需要一系列工艺，包括低温分离（用于分离氮气和氦气）、膜分离和变压吸附（PSA），以及后续的低温液化以便运输。所有这些都需要大量的资本投入，因此，只有当设施能够处理大量的天然气时，生产氦气才有意义。正因如此，卡塔尔拉斯拉凡工厂才因其规模庞大而显得尤为重要。.

卡塔尔和俄罗斯也是关键参与者，因为两国都致力于扩大氦气产量。由于卡塔尔拉斯拉凡工厂受到影响并已关闭，这已经对氦气价格和供应造成了冲击。即使该工厂现在重启（哪怕是部分重启），也会出现延误，其影响将波及整个价值链。.

这对半导体行业意味着什么？

首先，氦气在正常情况下是一种极易损耗的气体，据业内专家称，氦气储存容器每天的泄漏率约为1%。这使得储存和维持大量的氦气库存非常困难。事实上，氦气正是因为其易损耗性而被用作泄漏测试的。这意味着半导体制造工厂依赖于稳定的氦气供应。供应中断会导致生产速度减慢，在极端情况下，严重的延误甚至会导致工厂停产。.

像台积电这样的工厂通常会储备数月的氦气，并采用氦气回收系统，但工厂能否渡过这场危机完全取决于中断持续时间。如果中断持续数月，将对半导体行业产生巨大影响，尤其是在人工智能和高性能计算领域对日益复杂的芯片需求不断增长，而这些芯片需要采用5纳米以下制程工艺的情况下。.

此外，半导体制造巨头的所在地区也至关重要。氦气供应多元化的国家也更具优势。例如，据报道，台湾约三分之二的氦气来自卡塔尔和美国，其余部分来自其他来源。另一方面，据报道，韩国预计到2025年将有约65%的氦气来自卡塔尔，这将使韩国本土半导体制造商面临供应链挑战的风险。因此，据报道，三星和SK海力士等公司已与林德和空气产品公司等从美国采购大量氦气的公司签署了长期供应协议。.

是否有其他方法可以获得氦气？

尽管天然气副产品氦气是氦气的主要生产方式，但在美国和加拿大等国家，某些地质区域的氦气储量浓度可达0.3%至10%。这为小型企业进入该领域提供了机遇。IDTechEx报告指出，低成本分离系统，例如膜分离和变压吸附（PSA）技术，可用于提高和提纯从这些来源获得的氦气，并且企业会根据分离目标采用PSA、膜分离或PSA+膜混合系统。IDTechEx报告基于对Generon和UGS等主要技术开发商的访谈，对这些技术进行了全面的市场分析，包括产品对比和案例研究。.

IDTechEx观点

如果这些挑战持续存在，我们可能会看到半导体制造领域更多地采用氦气节约或回收措施。事实上，氦气在磁共振成像（MRI）扫描仪中的应用就是一个重大成功案例。现代MRI系统经过技术改进，采用了闭环系统来循环利用氦气，从而避免了重新充装的需要。.

尽管如此，除了当前的危机之外，过去二十年左右还发生过四次严重的氦气短缺，影响了市场供应和氦气价格。因此，严重依赖氦气的行业通常会制定应急计划，例如多元化供应来源，以应对短期中断。然而，像半导体制造这样的行业能否渡过难关，完全取决于中断的持续时间。持续的市场波动可能会促使各行业进一步分散氦气供应链，以减少对任何单一国家的依赖，采取更加平衡的策略，将卡塔尔、俄罗斯和美国纳入其中。.

作者：Shababa Selim 博士，IDTechEx 高级技术分析师