中科院专家原创40000字《DRAM芯片风云》专栏
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作者：二马路的冰
排版：RedCandy
出品：SOlab
深度好文，4049字=10分钟阅读
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2021年，根据国际半导体协会（SEMI）的数据，电子特种气体（以下简称电子特气）全球市场份额达46亿美元，是仅次于硅片的第二大材料领域，被喻为“芯片产业的血液”。
惰性气体共有七种，分别是氦气（He）、氖气（Ne）、氩气（Ar）、氪气（Kr）、氙气（Xe）、氡气（Rn，放射性）、（气奥）（Og，放射性，人工合成，半衰期5毫秒）。
芯片制造环节中，氦、氖、氩、氪、氙惰性气体是必不可少的电子特气。
氦、氖、氩、氪、氙惰性气体   图源：知乎
比如，光刻用电子气体为混合气，用不同比例的不同气体混合在一起的电子气体混合物。
根据光刻机工作波长，光刻用电子气体包含Ar/F/Ne混合气、Kr/Ne混合气、Ar/Ne混合气、Kr/F/Ne混合气等等。
光刻用惰性气体的毛利率超过50%，其纯度极高，达到6N（99.9999%）。
俄乌战争爆发前，乌克兰有两家芯片制造用的电子特气厂商，分别是位于马里乌波尔的Ingas公司*和位于敖德萨的Cryoin公司。
（*注：乌克兰叫Ingas，俄罗斯叫Ingaz，但指向的是同一个企业，后文皆同）
马里乌波尔和敖德萨的位置   图源：微博
市场研究公司Techcet的数据计算得出，2021年，全球用于芯片生产的氖气消费量达到约540公吨。
其中，约45%至54%的半导体级氖气来自上面介绍的这两家乌克兰公司Ingas和 Cryoin。2021年，这两家公司的销售额为4千5百万美元。
INGAS和CRYOIN公司的产量和销售额 图源：美国国际贸易委员会 （图中的Taiwan 指的是中国台湾省）
Ingas首席商务官Nikolay Avdzhy表示，Ingas每月为中国台湾、韩国、中国大陆、美国和德国的客户生产15,000至20,000立方米的氖气，其中约75%用于芯片行业。
2022年2月24日，俄乌战争爆发，乌克兰的两家主要电子特气供应商Ingas和Cryoin停止运营。
马里乌波尔之战   图源：CCTV
Cryoin业务发展总监Larissa Bondarenko称，Cryoin位于敖德萨，每月生产约10,000至15,000立方米的氖气，Cryoin公司2月24日停止运营。
彼时Larissa  Bondarenko表示，除非暴力事件停止，否则公司将无法在3月份完成13,000立方米的氖气订单。
她说，在工厂关闭的情况下，公司至少可以度过三个月。如果设备损坏，这将对公司财务造成更大的拖累，并使快速重启运营变得更加困难。她还表示，她不确定公司能否获得额外的原材料来净化氖气。
2022年5月18日，经过近80天的战斗，被围困在马里乌波尔亚速钢铁厂内的“亚速营”武装人员和乌克兰军人开始陆续放下武器走出掩体。
至此，马里乌波尔之战以俄军的胜利告终。
2022年9月30日，俄罗斯总统普京与顿涅茨克、卢甘斯克、扎波罗热和赫尔松四地领导人完成了入俄条约的签署。
普京签署顿涅茨克等四地入俄条约   图源：CCTV
俄罗斯卫星通讯社莫斯科2022年10月6日电 ，顿涅茨克人民共和国工业和贸易部代理副部长谢尔盖伊林表示，马里乌波尔最大的氖气制造企业“Ingaz”将恢复生产。
2022年7月，俄罗斯副总理兼工业和贸易部长丹尼斯曼图罗夫表示，今年年底前，俄罗斯的生产能满足高达全球10%的高纯度氖气需求，2023年这一比例将达到四分之一。
伊林在“俄罗斯24”电视台节目中说：“现在预计，企业会通电，在恢复供电的情况下，将确定企业恢复生产活动的日期。现在我可以说的是，有很多企业的申请，它们来自顿涅茨克人民共和国和俄罗斯其它地区，它们准备好参与生产恢复。”
Ingaz的潜在产生能力可以达到10万-15万立方米的氖气。此前，原材料由马里乌波尔冶金企业Azovstal（亚速钢铁厂）和Ilyich（伊利奇钢铁厂）向该企业提供。
俄罗斯卫星通讯社新闻
2022年10月11日，Ingas总负责人Nikolay Avdzhy宣称：关于留在马里乌波尔本属于Ingas公司的设备，其中一些关键设备在企业被接管的第一天就被野蛮地洗劫一空。
目前，主要生产设施也在炮击中受损，剩余的精密设备难免受大气污染。况且，电力供应尚未恢复。当寒冷来临时，暖气供应也是个问题。Ingas认为，所有这些因素都将导工厂的设备永久失效。
Ingas表示，公司管理层和所有关键生产人员早在3月份就前往乌克兰控制区，并在那里成功恢复了备用工厂的氖气生产。
他们认为，占领当局企图在马里乌波尔的设备上恢复生产是非法的，与Ingas公司没有任何关系。
本文讨论的问题是：马里乌波尔最大的氖气制造企业“Ingaz”恢复生产面临的卡脖子问题是什么？
193nm ArF激光器和248nm KrF激光器对电子特气的纯度有着苛刻的要求，在光刻过程中，极微量的杂质也可能导致产品重大缺陷，特种气体纯度越高，光刻良率越高，光刻质量越好。
光刻技术要求氖气纯度达到6N（99.9999%）。氖气从生产到分离提纯以及运输供应阶段都存在较高的技术壁垒，其制造难度包括：
➢提纯技术。包括精馏分离、分子筛吸附分离以及膜分离三大类，具有极高的技术难度。
俄乌战争爆发前Ingas的生产车间气体提纯。图源：Ingas
➢气体检测技术。随着电子特气的纯度达到6N，需要建立一系列高纯度电子特气的分析方法和仪器。
➢气体的储存和运输。要求使用高质量的气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口，以防止气体二次污染。
俄乌战争爆发前Ingas的气体的储存和运输   图源：Ingas
提纯技术和储存运输技术对俄罗斯都不是问题。显然，最有可能的卡脖子问题是高纯气体检测，这离不开科学仪器！
请我们先来看一下，俄乌战争爆发前，Ingas是如何检测电子特气的。
Ingas检测车间的反射型飞行时间质谱仪   图源：Ingas
Mettek公司是专业化的、以飞行时间质谱技术为基础的工艺气体检测技术公司，该公司由俄罗斯A.F.Ioffe物理技术学院创建。
2000年诺贝尔物理学奖获得者G.F.Alferov和反射型飞行时间质谱仪的发明者B.A.Mamyrin即出自该院。
飞行时间质谱技术的应用为Ingas公司的电子特气在线检测提供了全新、高效的手段。指导生产过程，优化工艺模式，及时预报险情，提高生产产量和质量。
显然，反射型飞行时间质谱仪俄罗斯不会被卡脖子。
Ingas检测车间的7890B气相色谱仪（安捷伦）   图源：Ingas
这里有必要提一下一个叫安捷伦的美国公司。安捷伦科技有限公司（美国）于1999年从惠普研发有限合伙公司中分离出来，主要从事生命科学和应用化学领域的测试分析仪器制造。
安捷伦的化学分析业务主要提供气相色谱，气相色谱-单四级杆质谱、串联四级杆质谱、四级杆飞行时间质谱等高端设备，2009年收购瓦里安后，安捷伦整合了光谱产品线与化学分析业务及其真空设备，并在无机领域中提供ICP， ICP-MS等产品，ICP-MS销量全球第一。
安捷伦科技有限公司的7890B气相色谱仪（GC）系统是世界上使用最广泛的GC系统。提供稳定的基线，信号漂移量最小自动量程的FID能够在一次进样中检测和定量从十亿分之一（ppb）到千分之一的含量。
Ingas检测车间的痕量气体分析仪（Tiger Optics）   图源：Ingas
Tiger Optics是美国Process Iinsights公司集团旗下的品牌。Tiger Optics的痕量气体分析仪采用强大的光腔衰荡光谱 (CRDS) 技术。为电子特气提供实时、精确、免维护的解决方案。
Process Iinsights公司专注于工业制造过程、工艺分析和控制。其品牌包括：LAR、COSA+xentaur、ATOM、 Hygrocontrol、 Alpha Omega Instruments、Tiger Optics。
这些气体检测设备都是属于民用的，通常不在禁运名单中。但是，目前遭受12000项制裁的俄罗斯如何获取这些检测仪器？
能否使马里乌波尔最大的氖气制造企业“Ingaz”恢复生产？还需要一段时间观察。
检测仪器不仅是电子特气生产不可或缺的环节，在材料、生命、医疗诊断、药物研发、环境、食品、新能源等领域也发挥着重要的作用。
比如，新冠肺炎病毒尺寸是纳米级的，需要通过电子显微镜才真正捕捉到了它的全貌。
新冠病毒在电子显微镜下的图像   图源：中国微生物组数据中心
进入二十一世纪，中国加快了检测仪器的国产化步伐。
比如，以自主研制的超精密工程测量仪器为代表的一批大型高端专用检测仪器，支撑了我国战略导弹、核潜艇、航空发动机和航天高分工程等国家重大工程的发展。
但是，在民用领域，我国检测仪器仍然大大落后于世界先进水平，严重影响了我国科技和产业发展。
2022年9月7日，国务院常务会议指出：确定以政策贴息、专项再贷款等一系列“组合拳“，来支持制造企业对设备进行更新改造。
2022年9月7日CCTV新闻联播
会议指出，企业是创新主体，要实施支持企业创新的阶段性减税政策，期限截至今年12月31日。
关键领域涉及：高校、职业院校和实训基地、医院、中小微企业等九大领域的设备购置和更新改造，新增贷款和实施阶段性鼓励政策，中央财政贴息2.5个百分点，期限2年。
会议还指出，今年第四季度，对高新技术企业购置设备的，允许一次性税前全额扣除并100%加计扣除；对现行按75%税前加计扣除研发费用的，统一提高到100%，鼓励改造和更新设备。对企业出资科研机构等基础研究支出，税前全额扣除。
据统计，共计1.7万亿贴息贷款！
关于中国人民银行宣布设立设备更新改造专项再贷款公告截图   图源：中央人民政府网
9月28日，中国人民银行宣布设立设备更新改造专项再贷款，额度2000亿元以上，支持金融机构以不高于3.2%的利率向10个领域的设备更新改造提供贷款，加上此前中央财政贴息2.5个百分点，今年第四季度内更新改造设备的贷款主体实际贷款成本不高于0.7%。
共计2000亿贴息贷款！
近期，主要推出的政策为减税、贴息、贷款三类，前文提到的1.7万亿和2000亿就包含在其中，而且政策要求年底前完成相关申报工作。
采购规模之庞大、采购周期之紧张，肯定是对科学仪器行业“史上最强的助攻”！中国科学仪器厂商能抓住这个机遇吗？
参考文献
1、 华创证券-半导体材料景气持续，国产替代正当时。
2、公司社媒突然发声，INGAS氖气工厂能否恢复生产再添疑云！任路， 气体圈子 2022-10-12。
3、 http://www.businesskorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=101742。
4、最大的氖气生产商之一可以在马里乌波尔恢复工作.尚澜气体 2022-10-09。
5、马里乌波尔最大的氖气制造企业“Ingaz”将恢复生产，俄罗斯卫星通讯社，2022-10-06。
6、解读：国务院万亿新政，科学仪器再迎风口！感知芯视界 ，2022-10-21。
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