电子特种气体（电子特气）被称为现代电子产业的“血液”，它看不见、摸不着，容易被忽视，却总会在不经意间彰显自己的存在感。

  今年2月，美国商务部曾发函阻止美国企业英特格（Entegris）出口价值数百万美元的晶圆制造原料与零组件给中芯国际南部工厂（中芯南方），作为其为华为Mate 60 Pro代工7nm芯片的“代价”。

  这种防备式的“制裁”近年很常见，我们更关注的是，在英特格被禁止出口的先进晶圆制造原料中，稍显陌生的电子特气以及气/液输送系统到底是什么？又有什么用？

  当我们在讨论电子特气之前，需要先解释何为“工业气体”。工业气体是指在工业生产里呈常温、常压的气态物质，是现代工业的基础原材料。

  我们在医院吸的医用氧，用的LED灯的芯片制作的步骤中要用到氨气、氮气等，运输生鲜食品用固体的二氧化碳保鲜，液晶电视的面板生产中要使用到超纯氨气……都属于工业气体的范围，可以说充斥着人类正常生活的方方面面。全世界每一年都要为这些看不见的气体花费超1万亿元。

  按产品性质划分，工业气体可大致分为大宗气体和特种气体，大宗气体是指产销量大、对纯度要求相比来说较低的气体，在下游需求占比约为 80%，特种气体占比约为 20%；在特种气体中，电子特气占比约为60%，最大的作用包括气体保护和惰化、冷却和凝固、气体分析等，是工业气体中最“娇贵”的细分领域。

  电子特气大多数都用在电子与半导体行业，包括集成电路(IC)、光伏板、光纤和液晶显示(LCD)面板的生产。比如在涉及上千道工序的集成电路制作的完整过程中，会使用到超110种电子特气，这些电子特气会在制作的完整过程中用作刻蚀剂、离子注入的掺杂源、沉积过程的原料或清洗和刻蚀过程中的反应气体。根据SEMI统计多个方面数据显示，电子特气是半导体制造中仅次于硅片的第二大耗材，占原材料成本的比例高达15%。

  由于是制造工艺过程中不可或缺的原材料，其品质对电子器件的成品率和性能有直接影响，因此，电子特气对纯度、生产的全部过程、运输条件等有极高的要求。

  首先，纯度是电子特气的核心指标，集成电路制程越先进，对纯度要求只会越高。

  如上所述，在芯片工艺流程中气体使用频率极高，一点点气体杂质都将导致整个产品性能的降低甚至报废。另一方面，电子特气在与精密设备非间接接触过程中，杂质可能会引起关键工艺参数偏移甚至损坏仪器。

  集成电路制造对不同气体的纯度要求不一，常常要纯度在5N（99.999%，一个N代表1个 9）及以上，其中先进制程集成电路制造对电子特气的纯度要求一般在6N以上，且对于质量稳定性的要求也在逐步的提升：从28nm到7nm，电子特气的金属杂质要求下降100倍、污染粒子体积要求缩小4倍。要知道，气体纯度每提高一个数量级就对纯化技术就提出了更高的要求，工艺难度也将显著上升。

  其次，电子特气的生产的全部过程更为复杂，需要专门的设备和技术来保证高纯度和稳定能力；而制备的工艺技术，在很长一段时间内是掌握在少数几家公司手里。

  以光刻过程中用到的氖气（Ne）为例。光刻使用特定波长的激光让光刻胶产生化学反应，通过曝光和显影，将设计在掩膜版上的图形转移到硅片的过程，这里就涉及到一个核心问题：怎么样产生特定波长的激光？在常用的DUV（深紫外光）光刻机中是通过准分子激光器产生的，而激光器内就填充了97%的氖气。

  而全球70%的氖气由乌克兰供应，氪气（Kr）和氙气（Xe）乌克兰产出占比也分别达到了40%和30%。因此，2022年，俄乌冲突爆发后，加剧了全球半导体供应紧张的局面。

  氖气其实就在空气中，但是要把空气中各个成分分离开来，再提取出只占0.0018%的氖气，也不是件容易事。长期以来，全球“空气分离”（下称“空分”）市场都被德国的林德集团（Linde AG）、美国的普莱克斯公司、法国液化空气集团等少数几家气体公司垄断。

  其实空气分离的原理也不复杂，这几家公司之所以能长期居于垄断地位，是因为它们掌控了空分设备的制造能力——空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。

  空分主要有三种主流的技术路径：变压吸附分离（PSA）、膜分离、低温空气分离，前两种技术较为简单，设备成本较低，但产品纯度和生产效率较低温空气分离法存在着较大的差距，而且没办法生产液态产品，只适用于小型的空分设备；低温空气分离是产品纯度最高、生产效率最好的技术路径，相较前两种技术存在很明显的优势，适用于大规模的工业气体制取。

  从国内市场看，空分设备的整体格局已经有了新变化。国内工业制造的转型升级需求和外部地理政治学压力，要求我们在多个生产制造环节的“买”与“造”中做出合理的选择，空分设备同样没有例外。

  在过去十年间，以杭氧股份为代表的国产空分设备厂商一直专注于空分设备尤其是特大型空分设备的自主研发突破，如今已拥有10万等级（每小时能产气十万立方米）以上空分的制造能力。但是空分设备的某些核心部件例如膨胀机、低温泵等仍与海外企业存在差距，这一点也需要正视。

  另外，能生产高纯度、高精度的电子特气还不够，怎么通过供应链将电子特气安全运输到地也很重要。

  经中国银河证券研报统计，电子特气的包装、运输和储存都需要特别的注意和措施，防止任何可能的污染，以保持其纯度和质量，导致起储运成本往往占到了气体生产的30%到40%，是生产供应过程中最重要的一环。

  前面提到的英特格就长于电子特气的储运：在电子特气负压存储钢瓶领域，英特格占据了近85%的全球市场占有率，重要性不言而喻。

  但是国内厂商同样也有相关这类的产品，只不过大多是自产自用，比如安储科技开发的电子特气负压存储钢瓶内装多孔材料，具有高比表面积，对磷烷(PH3) 和砷烷(AsH3)、三氟化硼(BF3)、四氟化锗(GeF4)等电子特气有着非常高的吸附能力，并且储存稳定安全，不会影响气体纯度，释放量高。产品在多次测试中，各项性能指标方面已经完全达到了进口产品水平。

  不过总的来说，目前海外三大气体公司和日韩企业还是电子特气绝对的供应主力，尤其是在电子特气生产和运输环节，不仅会涉及危化品，而且技术难度较大。不过，国产替代又给了国内公司实现弯道超车的突破口，未来或许我们能在全球市场与头部企业同台竞技。

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