Как будут действовать китайские запреты на галлий и германий

С августа Китай должен ограничить экспорт галлия и германия, двух важнейших элементов для изготовления полупроводниковых микросхем. Эти два элемента необходимы во всем, от смартфонов до космической электроники. Запреты Пекина на нишевые металлы для производства чипов могут перерасти в ограничения на редкоземельные элементы, которые будет гораздо сложнее заменить.

Поскольку Китай доминирует в поставках обоих элементов, экспортерам теперь потребуются специальные лицензии, чтобы вывозить их из страны. Этот шаг может нанести ущерб ряду западных производителей техники, которые используют эти элементы для производства своей продукции. Сообщается, что этот шаг является ответом на западные ограничения на оборудование, необходимое для производства полупроводниковых устройств.

Прежде всего, Закон США о чипах и науке от 2022 года ограничил экспорт высокотехнологичных микросхем и технологий в Китай, что может повлиять на возможности Пекина в области высокопроизводительных вычислений в таких областях, как оборона. Другие страны, такие как Япония и Нидерланды, также ввели ограничения. Итак, насколько важны новые китайские ограничения, и каковы их вероятные последствия?

Кремний является наиболее широко используемым материалом в полупроводниках, и его очень много. Но германий и галлий обладают специфическими свойствами, которые трудно воспроизвести и которые подходят для определенных нишевых применений . Они встроены в бесчисленное количество устройств, таких как смартфоны, ноутбуки, солнечные батареи и медицинское оборудование, а также в оборонные приложения.

Оба элемента также имеют решающее значение для технологического прогресса в течение следующих нескольких лет. Германий особенно полезен в космических технологиях, таких как солнечные элементы, потому что он более устойчив к космическому излучению, чем кремний. Поскольку в некоторых технологиях приближаются физические ограничения кремния, обсуждается более широкое использование германия как способа преодоления этих ограничений. Он уже используется в небольших количествах в некоторых полупроводниках для улучшения таких характеристик, как поток электронов и теплопроводность.

Что касается галлия, то 95% его используется в материале под названием арсенид галлия, который применяется в полупроводниках с более высокими характеристиками и меньшим энергопотреблением, чем кремний. Они используются в таких вещах, как синие и фиолетовые светодиоды и микроволновые устройства. Между тем, нитрид галлия используется в полупроводниках в компонентах таких вещей, как электромобили, датчики, высококачественная радиосвязь, светодиоды и проигрыватели Blu-Ray. Ожидается, что его использование значительно возрастет. И галлий, и германий включены в списки критических элементов Европейского Союза и США. Великобритания считает, что галлий имеет решающее значение для ее производственных интересов, а германий менее важным.

Китай контролирует около 60% всех поставок германия. Этот элемент получают двумя основными способами: как побочный продукт производства цинка и из угля. На них соответственно приходится около 75% и 25% от общего объема поставок. Китай доминирует над германием, который поступает от производства цинка. США являются одним из альтернативных поставщиков с месторождениями на Аляске и в Теннесси и дополнительными перерабатывающими мощностями в Канаде. Но в нынешнем виде США по-прежнему более чем на 50% зависят от импорта германия.

Германий из угля имеет ряд недостатков. Двумя основными производителями являются Россия и Украина, и война повлияла на поставки на запад из обеих стран. Например, в 2017-20 годах Россия обеспечивала 9% потребности США в германии, но теперь это прекратилось. В ответ на китайские ограничения Россия планирует увеличить производство германия для внутреннего рынка. Это может, по крайней мере, смягчить глобальный спрос, даже если напрямую Западу это не поможет.

Германий из угля также находится во власти электроэнергетики, поскольку некоторые угли, богатые этим элементом, сжигаются в качестве источника энергии. Кроме того, получение германия из угля станет более трудным, поскольку большая часть мира стремится постепенно отказаться от угольной энергетики, что снова может привести к сокращению поставок.

Что касается галлия, то на долю Китая приходится около 80% мировых поставок, в основном за счет производства алюминия. Дефицита галлия на самом деле нет, но даже до введения нового контроля поставки были ограничены из-за нехватки производственных мощностей. Галлий также получают путем переработки полупроводниковых пластин, которые представляют собой тонкие пластины полупроводника, используемые в электронных схемах. Но как только схемы интегрированы в продукты, количество галлия в каждом из них настолько мало, что его переработка становится сложной задачей. В документе Nature Communications от 2022 года отмечалось, что галлий «почти никогда не подвергается функциональной переработке», когда попадает в конечные продукты.

Полное влияние нового экспортного режима Китая зависит от ряда факторов, в том числе от жесткости контроля на практике и реакции западных правительств и компаний. В нынешнем виде меры контроля, вероятно, приведут к повышению цен на галлий и германий, а также к увеличению сроков поставки. Это может сделать производство электронных устройств более дорогим и сложным для западных компаний, что, в свою очередь, может привести к повышению цен для потребителей. Это также может затруднить конкуренцию западных компаний с китайскими компаниями. Глобальная нехватка микрочипов во время пандемии Covid значительно повлияла на технологическое производство, что указывает на их значительное влияние на мировую экономику.

Долгосрочные эффекты контроля трудно предсказать, потому что задействовано очень много факторов. Запасы элементов должны в какой-то степени помочь: США заявили, что у них есть запасы германия, но не галлия. Западные производители могут быть вынуждены диверсифицировать свои цепочки поставок, приобретая компоненты, содержащие элементы, из стран, в которые Китай готов экспортировать. Это может привести к увеличению затрат и сложности.

Еще одним направлением является увеличение производства из альтернативных источников. В прошлом германий получали из полезных ископаемых, добываемых в Германии, Латинской Америке и Африке, поэтому эти варианты могут вернуться на стол. Существует также возможность инвестировать в исследования устройств, которые в меньшей степени зависят от этих важных материалов, но для того, чтобы это принесло плоды, потребуется время. Очевидно, что этот шаг является значительной эскалацией технологической войны между Китаем и Западом. Беспокойство вызывает то, что это может пойти дальше: Китай доминирует в поставках целого ряда жизненно важных материалов, известных как редкоземельные металлы, а также других материалов, необходимых для перехода к чистой энергии. Еще до эскалации боевых действий за последние пару лет Китай использовал свое господство над определенными материалами в качестве рычага воздействия в торговых спорах. Так что эта последняя разработка, мягко говоря, вызывает беспокойство. В то время, когда международные вызовы, стоящие перед человечеством, серьезнее, чем когда-либо, появление нового ресурсного национализма — это последнее, что кому-либо нужно.

Гэвин DJ ХАРПЕР, научный сотрудник, Бирмингемский центр стратегических элементов и критических материалов, Бирмингемский университет