助力半導(dǎo)體制造可持續(xù)化

氦氣正在變得緊缺。對(duì)于它的用途，消費(fèi)者可能最熟悉的就是充氣球，但其實(shí)各種工業(yè)領(lǐng)域?qū)獾膽?yīng)用更加廣泛，其中也包括半導(dǎo)體制造。出于供給考慮，包括泛林集團(tuán)在內(nèi)的許多公司都在尋找減少氦氣使用的方法。

半導(dǎo)體芯片的制造涉及多種材料。有些材料比如硅的參與顯而易見(jiàn)，最終會(huì)出現(xiàn)在成品中；其他材料則不那么明顯，只是參與了幕后過(guò)程，最后不會(huì)出現(xiàn)在芯片里。氦氣就屬于后者，主要用于冷卻。

氦是自然界中第二小的原子，僅次于氫。氦氣是一種惰性氣體，不與其他任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它在-268.9°C液化。它的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)低于其他任何已知物質(zhì)，其導(dǎo)熱系數(shù)（傳遞熱量的能力）也是除氫氣以外的氣體中最高的。

和許多其他材料一樣，有兩種方法可以獲取氦氣，從大自然中提取或者在實(shí)驗(yàn)室里合成。由于合成成本太高，目前氦氣只能靠提取獲取。回收氦氣的方法還在討論中，尚未得到普遍應(yīng)用。這意味著，氦氣使用后便被丟棄，后續(xù)無(wú)法再次利用。

尋找氦氣

氦氣只有一種可靠來(lái)源：天然氣藏。由于鈾等元素的放射性衰變，地球上產(chǎn)生了氦氣。氦氣常常在天然氣藏附近的地下水里聚集。雖然空氣中也有氦氣，但從空氣中獲取氦氣的成本是從天然氣藏中提取的10，000 倍。也因此，使用后被釋放到環(huán)境中的氦氣目前無(wú)法得到再利用或回收。

雖然并非每個(gè)天然氣藏都含有相當(dāng)數(shù)量的氦氣，但這樣的礦床不少。一般來(lái)說(shuō)，0.3%以上的氦含量就具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值。對(duì)于這些氣田來(lái)說(shuō)，只要天然氣被提取出來(lái)，氦氣也就分離出來(lái)了。

目前能產(chǎn)出氦氣的國(guó)家很少，僅有美國(guó)、加拿大、卡塔爾、阿爾及利亞、波蘭、俄羅斯和澳大利亞。在這七個(gè)國(guó)家中，分離氦氣的精煉廠不到 20 家。隨著氦氣的提取和天然氣供應(yīng)的枯竭，氦氣產(chǎn)量將會(huì)減少，這引發(fā)了目前對(duì)氦氣長(zhǎng)期可持續(xù)性的擔(dān)憂。

隨著供給逐步減少，氦氣已經(jīng)成為一種戰(zhàn)略材料，這使行業(yè)與政府都開(kāi)始關(guān)注氦氣未來(lái)的用處和用法。同時(shí)市場(chǎng)已經(jīng)做出反應(yīng)，氦氣價(jià)格在過(guò)去十年中翻了一番。短期價(jià)格飆升和短缺比過(guò)去更加普遍，政府管控的可能性增加。

這對(duì)要求來(lái)源穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)的制造企業(yè)來(lái)說(shuō)是一種挑戰(zhàn)。它們正在尋找生產(chǎn)過(guò)程中盡可能減少氦氣使用的方法。

泛林正在持續(xù)關(guān)注氦氣的減量

泛林集團(tuán)正在努力減少對(duì)氦氣的依賴，這些氦氣在泛林的某些設(shè)備中用于冷卻。我們面臨的挑戰(zhàn)在于，要在不中斷設(shè)備運(yùn)行和客戶使用這些設(shè)備進(jìn)行批量生產(chǎn)的前提下，減少氦氣的使用量。

我們正在盡一切可能尋找氦氣的替代品。挑戰(zhàn)在于，除了非常活潑的氫氣，沒(méi)有比氦氣導(dǎo)熱系數(shù)更高的材料。也就是說(shuō)，即便是可行的替代品，其導(dǎo)熱速度也都不如氦氣。如果導(dǎo)熱太慢，制造過(guò)程中的冷卻時(shí)間就要延長(zhǎng)，導(dǎo)致整體生產(chǎn)的時(shí)間增加，效率也隨之降低。泛林正在努力尋求兩者的平衡。

由于泛林的努力，目前我們的客戶每生產(chǎn)一片晶圓所使用的氦氣已經(jīng)大幅減少，但我們能做的還有很多。泛林集團(tuán)的目標(biāo)是繼續(xù)降低使用我們的設(shè)備所需的氦氣量。隨著氦氣價(jià)格的不斷攀升，氦氣替代品的發(fā)現(xiàn)對(duì)于我們的客戶來(lái)說(shuō)就是降低成本，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這將是半導(dǎo)體制造可持續(xù)化進(jìn)程中的又一大步。