氦气是一种有限资源，在半导体制造、医学成像、航空航天工程、化工与制药、光纤、粒子物理、科学气球等众多行业中发挥着至关重要的作用，而在某些情况下，其替代品极为有限甚至根本不存在。随着中东局势持续动荡，霍尔木兹海峡的封锁已使全球能源运输的重要通道陷入瘫痪，其影响不仅限于石油和天然气领域，更波及全球氦气供应，进而对高度依赖氦气的半导体制造等下游产业造成冲击。
半导体制造对氦气有着至关重要的依赖
先进的半导体产品可能在指甲大小的硅芯片上蚀刻出超过十亿个晶体管。要实现这种复杂性，制造生产线必须在直径可达12英寸的晶圆上，通过多个步骤在原子层面精确控制工艺。
许多化学品和气体对半导体制造工艺至关重要。氦气便是其中之一，因其具有低温特性、卓越的热导率、化学惰性、微小尺寸及高扩散性，且无可替代。它贯穿整个制造流程，对制造设施的运行不可或缺。根据IDTechEx在《2025-2035年半导体及相关领域氦气应用：市场、趋势与预测》报告中的预测，到2035年，半导体制造对氦气的需求预计将增长5倍以上。
IDTechEx预测，到2035年，氦气需求量将增长近一倍。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》
例如，在制造生产线上，氦气作为沉积工艺的载气、等离子体刻蚀的稀释剂，以及用于冷却晶圆以最大限度减少热应力引起的翘曲，都不可或缺。在5纳米以下芯片制造中，氦气对于极紫外光刻（EUV）工艺至关重要，对AI应用而言，氦气在冷却晶圆和设备方面也起着关键作用。此外，在工厂运营过程中，氦气还用于管道和设备的泄漏及安全检测，并为制造工艺提供超洁净环境。
卡塔尔在氦气贸易中为何如此重要？
从全球范围来看，已知的氦气储量主要分布在卡塔尔、美国、阿尔及利亚、俄罗斯、加拿大和中国，其中卡塔尔的储量最大（超过100亿立方米）。卡塔尔与美国和俄罗斯并列为主要供应国，且是全球第二大氦气生产国，供应量占全球氦气总供应量的三分之一以上。
氦气的生产方式也至关重要，因为它通常作为天然气加工的副产品产生，而天然气中氦气的含量极低（通常为0.3%-0.5%，具体取决于储量）。从天然气中分离氦气需要一系列加工工序，例如通过低温分离法去除氮气和氦气、膜分离及变压吸附（PSA）技术，以及为便于运输而进行的进一步低温液化。由于这些工序均属资本密集型，因此只有当设施处理大量天然气时，生产氦气才具有经济意义。正因如此，卡塔尔的拉斯拉凡（Ras Laffan）设施因其庞大的运营规模而显得至关重要。
卡塔尔和俄罗斯也是重要参与者，因为两国一直致力于扩大氦气产量。随着卡塔尔拉斯拉凡设施遭受冲击并停产，这已对氦气价格和供应产生影响。即使设施现在重启（哪怕只是部分重启），也将面临积压，其影响将波及整个价值链。
这对半导体行业意味着什么？
首先，在正常情况下，氦气是一种极易泄漏的气体。据行业专家称，氦气从储存容器中泄漏的速度约为每天1%，因此很难储存并维持大量库存。事实上，氦气正是被用于泄漏检测的。这意味着半导体晶圆厂依赖于稳定的供应。供应中断会减缓生产，而在极端情况下，严重的延误甚至可能导致工厂停产。
台积电（TSMC）等晶圆厂通常持有数个月的库存，并采用氦气回收系统，但晶圆厂能否挺过这场危机，完全取决于供应中断持续的时间长短。如果持续数月，这将对半导体行业产生巨大影响，特别是随着对人工智能（AI）和高性能计算（HPC）领域日益复杂芯片的需求不断增长，这些芯片需要采用5纳米以下的制程节点。
此外，关注半导体制造巨头的所在地也至关重要。那些已实现氦气采购多元化国家的地位也更为稳固。例如，据报道，台湾约三分之二的氦气来自卡塔尔和美国，其余则来自其他来源。另一方面，据报道，2025年韩国约65%的氦气来自卡塔尔，这使得当地半导体制造商容易受到供应链挑战的影响。因此，据报道，三星和SK海力士等企业已与林德和空气产品公司等供应商签订了长期供货协议，这些供应商的大部分氦气来自美国。
是否有其他氦气采购途径？
虽然从天然气中提取氦气作为副产品是生产氦气的主要方法，但在美国和加拿大等国家，存在一些地质热点区域，其储量中的氦气浓度可达0.3%至10%。这为小型企业进入该领域提供了机遇。IDTechEx报告指出，可采用膜分离和变压吸附（PSA）等低资本支出的分离系统，对从这些来源获取的氦气进行提纯。企业会根据分离目标，选择采用PSA、膜分离，或PSA与膜分离相结合的混合系统。通过对Generon和UGS等关键技术开发商的访谈，IDTechEx的报告结合产品基准测试和案例研究，对这些技术进行了全面的市场分析。
IDTechEx市场展望
如果这些挑战持续存在，我们可能会看到半导体制造领域更多地采取节约措施或采用氦气回收技术。事实上，氦气在磁共振成像（MRI）扫描仪中的应用便是一个典型的成功案例：现代MRI系统通过技术改进和闭环系统的应用，实现了氦气的循环利用，从而避免了氦气补充。
话虽如此，除了当前的危机之外，过去20年左右曾发生过4次明显的氦气短缺，影响了氦气的市场供应和价格。因此，高度依赖氦气的行业通常会制定应急措施，例如建立多元化的供应来源，以防范短期供应中断。然而，半导体制造等行业能否安然度过这场危机，将完全取决于供应中断的持续时间。持续的市场波动可能促使各行业进一步多元化其氦气供应链，避免过度依赖单一国家，转而采取更均衡的策略，将卡塔尔、俄罗斯和美国纳入供应体系。
IDTechEx发布的《2025-2035年氦气市场报告：应用、替代方案与回收利用》深入剖析了氦气的生产与供应、主要应用领域、市场前景，以及各行业如何通过氦气节约措施（如回收技术）或尽可能采用替代品来应对长期供应挑战的趋势。
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