全球氦气供应受中东局势牵动，半导体行业面临潜在风险
氦气作为一种稀有气体资源，广泛应用于半导体制造、医学成像、航空航天、化工制药、光纤通信、粒子物理研究以及科学气球等多个关键领域。在许多场景下，氦气缺乏可行的替代品，因此其供应稳定性对多个高科技产业至关重要。当前，由于中东地区局势持续紧张，霍尔木兹海峡的封锁已经严重干扰了全球能源运输链，其影响范围不仅限于石油和天然气，更延伸至氦气市场，尤其是对高度依赖氦气的半导体制造产业链造成直接冲击。
在现代半导体制造中，指甲盖大小的硅晶片上可以集成数十亿个晶体管。为了实现这样的高精度制造，整个工艺流程需要在12英寸晶圆上进行原子级的精确控制。
氦气在这一复杂流程中发挥着不可替代的作用。它具备优异的热传导性能、化学惰性、微小分子结构以及高扩散性，适用于多种制造环节。从沉积到刻蚀，从冷却到环境控制，氦气贯穿于整个半导体制造过程。据IDTechEx发布的《2025-2035年半导体及关联领域氦气应用：市场、趋势与预测》报告预测，到2035年，半导体制造行业对氦气的需求将增长五倍以上。
该报告预测，全球氦气需求将在2035年前接近翻番。资料来源：《2025-2035年半导体及更多领域的氦气应用：市场、趋势与预测》
具体而言，氦气在沉积工艺中作为载气使用，在等离子刻蚀工艺中作为稀释剂，并在晶圆冷却过程中帮助减少热应力引发的翘曲。特别是在5纳米以下制程节点中，氦气在极紫外光刻（EUV）设备中扮演核心角色。此外，氦气还用于工厂的安全与泄漏检测，以及确保制造环境的超洁净程度。
为何卡塔尔在全球氦气贸易中举足轻重？
全球已知的氦气储量主要集中在卡塔尔、美国、阿尔及利亚、俄罗斯、加拿大和中国，其中卡塔尔的储量超过100亿立方米，位居全球首位。卡塔尔与美国和俄罗斯并列主要供应国，并占据全球三分之一以上的氦气供应份额。
氦气的提取通常作为天然气加工过程中的副产品进行。由于天然气中氦气的浓度通常仅为0.3%-0.5%（具体因气田而异），从天然气中分离氦气需要经过一系列复杂工序，如低温分离、膜分离和变压吸附（PSA）等。进一步的液化处理则提高了运输效率。由于这些步骤具有高度的资本密集性，只有在大规模天然气处理设施中，氦气的提取才具备经济可行性。因此，卡塔尔的拉斯拉凡（Ras Laffan）氦气工厂在整体供应链中占据核心地位。
然而，随着该设施因地区冲突被迫停产，氦气的供应与价格已受到直接影响。即使该工厂逐步恢复生产，也难以缓解当前的供应链积压问题，对下游产业产生连锁反应。
氦气短缺对半导体行业意味着什么？
在常规运营条件下，氦气因其极高的扩散性而难以长期储存，通常每天从储存容器中损失约1%的气体。因此，半导体晶圆厂必须依赖稳定的氦气供应。任何中断都可能导致生产延迟，严重情况下甚至会导致工厂停摆。
以台积电（TSMC）为代表的晶圆厂通常拥有数个月的库存，并配备氦气回收系统。然而，这些措施能否在危机中有效支撑运营，仍取决于供应中断的持续时间。随着AI芯片和高性能计算（HPC）芯片对5纳米以下制程节点需求的上升，氦气供应的不稳定性将对全球半导体制造格局产生深远影响。
此外，不同地区的供应链布局也决定了其应对风险的能力。据报告，台湾地区约三分之二的氦气来自卡塔尔和美国，而韩国则有65%的氦气依赖卡塔尔。这使得两地的半导体制造商在供应链波动时面临更高风险。为应对挑战，三星和SK海力士等企业已与林德（Linde）和空气产品公司（Air Products）等供应商签订长期协议，确保氦气供应的稳定。
是否存在替代性氦气来源？
尽管目前大部分氦气仍通过天然气加工获得，但在美国和加拿大等国家，部分地质热点区域的天然气中氦气浓度可达0.3%-10%，为小型企业提供了开发潜力。IDTechEx在报告中指出，膜分离和变压吸附（PSA）等低资本支出技术可用于对这类资源进行高效提纯。
企业可根据具体需求选择独立系统，或采用混合系统（如PSA+膜分离）进行氦气分离。通过对Generon和UGS等关键技术开发公司的访谈，并结合产品测试与案例研究，IDTechEx对这些技术的市场应用进行了深入分析。
IDTechEx的市场展望
若当前氦气供应紧张持续，半导体行业或将加速采用氦气回收技术，或实施更严格的氦气节约措施。例如，在磁共振成像（MRI）领域，通过闭环系统实现氦气的循环使用已取得良好成效。
此外，过去二十年间曾出现四次明显的氦气短缺事件，推动各行业不断优化供应链策略。尽管短期应急措施（如建立多源供应）在一定程度上可缓解风险，但长期来看，持续的供应波动将促使企业进一步分散其氦气采购来源，以减少对单一国家的过度依赖。
IDTechEx发布的《2025-2035年氦气市场报告：应用、替代方案与回收利用》系统分析了全球氦气的生产与供应格局、主要应用领域以及行业应对长期供应挑战的策略趋势，包括回收技术的使用和替代品的探索。
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