沙子快没了！别担忧 造芯片主要用的不是它

2019-09-18泉源：科技日报作者：张 蕴在手机、电脑、智能手表这些电子设备中，芯片是其最焦点的零部件。芯片也是半导体行业集成度最高的元器件，而生产其所用的硅质料，主要泉源于沙砾。克日英国《自然》杂志发文称，现在沙子和砾石的采掘速度，已凌驾其自然恢复的速度。

因此，地球上沙子的需求量可能很快就会凌驾供应量。一时间，“沙子快没了”的消息在网上引发烧议。

硅是半导体行业的基石，而沙子是提取硅的重要原料。近半个世纪以来，半导体行业的迅猛生长，是否造成了沙子的过分采掘？沙子资源枯竭是否会引发半导体行业的生长危机？就上述问题，记者采访了业内相关专家。凭存量大、易提纯特性脱颖而出沙子是地球地壳中含量较富厚的物质，沙子中所含有的元素硅，是地球地壳中第2大组成元素，约占地壳总质量的25%。

沙子的种类主要有两种：天然沙和机制沙，天然沙又可被分为河沙、海沙和山沙。那么，为何硅成了制造半导体器件的基础质料呢？“这主要是因为，硅的化学性质较稳定，具有优异的半导体特性；其次，硅的储量极为富厚，在地壳中的品貌高达27.72%。

”北京理工大学质料学院副研究员常帅在接受采访时表现，此外如今单晶硅制取技术十分成熟，相关的基于硅片的半导体制造工艺如掺杂、光刻等也已普及，制造成底细对可控。从事硅质料制造行业的秦榕在接受采访时也指出，硅之所以成为半导体行业的“灵魂”原料，主要是由硅的化学性质决议的。“在工业生产中，提纯硅比力容易，并能到达很高的纯度。凭借存量大且易提纯的特性，硅质料的制造成本越来越低，这也在一定水平上降低了手机、电脑等终端产物的订价。

已往，条记本电脑动辄上万元，现在只需几千元就能买到设置很好的电脑。”秦榕说。沙子要酿成硅质料，要经由怎样的历程？常帅先容道，首先，要用碳将硅从富含二氧化硅的沙子中提取出来，通过炭粉还原的方式，将沙子中的二氧化硅转换成纯度凌驾98%的硅质料，这种质料也被称为工业硅。但纯度98%的工业硅，还不能用于芯片制造，还需应用一些化工工艺将工业硅进一步纯化。

纯化后的硅属于多晶硅或无定形硅，此时硅的纯度虽达标，但由于其内部的原子排列很杂乱，依旧无法直接应用于细密半导体器件的一线生产。所以，需要通过一些方法将纯度达标的硅质料制成单晶硅。在实际生产操作中，事情人员主要是通过直拉法或区熔法，将多晶硅或无定形硅转换成为单晶硅硅锭。“简而言之，只有高纯度的单晶硅，才气用作生产质料。

”常帅说。半导体行业用硅量很是有限沙子是仅次于空气、水，全球需求量最大的自然资源，也是人类生产运动必不行少的基础性原质料。统计显示，当前全球沙子年产量约为500亿吨。

英国《自然》杂志刊文指出，这个用量比自然再生率要高。到本世纪中叶，需求量就可能凌驾供应量。而前不久，来自团结国情况计划署的一份陈诉显示，最近20年，随着消费模式的转变、人口的增长、都会化和基础设施的生长，人类对沙子的需求量增加了3倍。

那么，全球沙子的存量是否够半导体行业未来生长所用？沙子存量日益淘汰，是否会引发半导体行业原质料价钱的上涨？常帅认为，半导体行业的迅猛生长和沙砾过分采掘之间并无太多相关性。“实际上，《自然》所报道的沙子求过于供的情况最可能泛起在修建行业，因为修建用沙有一定的尺度，沙漠中的沙子或海沙一般都不切合要求，只有河沙合适。加之，近年来修建行业的快速生长，导致世界各地的河沙开采和消耗速率凌驾了自然恢复速率。”他说。

常帅还提出，半导体行业所用的硅质料，其主要泉源并不是河沙，而是种种含硅的矿石，如脉石英、石英砾石等。这些矿石在地球的储量很是大，而且半导体这种高精尖化工业对硅质料的消耗量远小于修建行业，因此“沙子不够用”这一问题不会成为半导体行业生长的瓶颈。

“全球多晶硅年产能约为64万吨，用于制造芯片的只有3万吨；半导体用硅质料，仅占全部硅质料总产量的5%。半导体行业用硅量很是小，即便沙子真不够用，也很难引发原质料价钱整体上涨。”秦榕表现，其实在整个硅质料应用中，半导体只是一个很小的应用领域，大量的硅质料，如太阳能级硅、有机硅等都被用于修建、运输、化工、纺织、食品、医疗等领域。“我们日常生活中的许多工具，都市应用到硅元素，好比通信用的光纤、农药、洗发水、化妆品等，只是我们很少关注而已。

”秦榕说。现在没有可替代硅的原质料虽然短期内，不用费心沙子变少会对半导体行业发生重大影响，可是我们还会有隐隐地担忧：倘若有一天沙子真没了，是否有能替代硅的新原料？对此，秦榕和常帅都认为，以如今的技术水平来看，尚难找到替代性原料。“现在尚没有可替代硅的新物质。”秦榕表现，“信息技术第一规则”摩尔定律指出，集成电路上可容纳的元器件数目每18个月约翻1倍。

“可元器件的数量不行能无限制地增长下去，单元面积上可集成的元器件数目会到达极限，这之后一定会泛起新技术，但什么时候能泛起不得而知，所以半导体器件制造依旧会沿袭现有工艺，硅依旧会是主要制造质料。”她说。除了技术因素外，在寻找替代性质料时，成本是最大的考量因素。

秦榕认为，在对成本思量较少、对技术可靠性要求较高的航天、军事等领域，或许能用得起硅质料的替代品。但在绝大部门领域，替换现有“物美价廉”的硅而转用其他质料，很可能会导致电子信息类产物成本暴涨。常帅的看法佐证了以上说法。

他认为，现在在质料领域，科学家虽针对取代硅质料的新型质料展开了种种研究，但这些研究主要是围绕弥补硅质料的一些固有缺陷举行的，如硅质料的载流子迁移率还不够快、透明性及发光性差等，这些劣势限制了其在半导体某些领域里的应用。“对于种。

本文来源：乐鱼体育世界杯在哪买-www.theblackseries6.com