说完了日尔曼蛮子发现的元素锗， 再聊聊高卢人发现的元素镓现况。
根据美国政府2023年鎵地质调查总结，中国粗镓产量占了绝对统治地位。美国鎵的年净消耗， 2022年折合成鎵金属是18吨（减去了回收再生镓之后），进口粗镓的价值是5M美元，砷化镓晶圆（GaAs wafer）是220M美元，共225M 美元， 即2亿出头的美元。钱倒是花的不多，但问题是， 美国的鎵产原产量是0（即不算回收再生镓），产能也是0， 更糟的是，美国政府的战略储备（stockpile）也是0。
https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2023/mcs2023-gallium.pdf
看来中国政府对鎵的homework做得还不错，估计他们也看到美国这个年度调查，知道美国政府没有镓储备， 中国有关官员有可能还在偷着乐，这样的信息美国自己也敢公布，要在咱中土，这是泄露国家机密的间谍大罪，至少要判个15年吧。中国如果实施对镓的出口管制，短期内看，对于美国的威胁还是比较大，美国有没有化解手段先放在一边，先让我们从头分析。
镓的应用得从所谓第2代半导体材料说起。 第1代半导体材料，是第4主族的硅和锗， （上次已经说了硅大胜锗）， 随后人类又试尝别的材料，主要是3/5主族的化合物，即第3主族中的金属铝鎵铟铊， 与第5主族的非金属氮磷砷，结伴组合，发现了砷化镓和磷化铟，这两就是所谓第2代半导体的代表；后来又发现氮化镓，还有4/4族化合物碳化硅，这后两又被称为所谓第3代半导体。
第2和第3代半导体名头很响，特别是在中国大陆，因为第1代硅半导体远远落后，想当然地希望在所谓第2代第3代上有所谓弯道超车。但第2代第3代与硅相比，并不是迭代关系， 实际上，硅基是具有绝对优势的，95%以上（按统计口径不同有不同说法）的IC产值是硅基，芯片巨头们的产品，Intel的CPU，NVDA的GPU，AMD的CPU和GPU， 苹果的A系列芯片和M系列芯片，高通的手机芯片，三星/SK海力士/美光的的DRAM存储芯片，还有NAND存储芯片，德仪的绝大多数模拟芯片， 都是硅基芯片。代工厂的台积电， 其高阶制程也全部用于生产硅基芯片。也就是说，所谓第2代还属于小众产品，刚兴起不久的第3代就是微小众了。
如果中国对镓实施出口管制，影响的是小众市场2/3代半导体市场的大约一半，其中磷化铟和碳化硅不受影响，影响的是砷化镓和氮化镓， 而氮化镓刚兴起不久，市场容量很微小，让我们重点分析砷化镓的产业链条。
在地壳里鎵含量并不少，比铅还多，但问题是富镓矿藏很少，而是比较均匀分布。镓在铝土矿（bauxite）和锌矿里含量稍多一些，平均大约是50ppm(0.005%)， 很小的含量。工业生产镓主要是用Bayer法从铝土矿提取氧化铝（alumina, or aluminum oxide）的副产物。
铝土矿澳大利亚和非洲的几内亚是全球储量前2，远远超过其它国家，储量第3的居然是越南。铝土矿产量前2也是澳大利亚和几内亚，中国是第3，中国在铝资源和矿物生产不具有统治地位。
随着中国房地产行业和大基建项目的发展，电解铝需求量也飞速发展，目前电解铝产量占全世界一半， 为此需要大量进口铝土矿和氧化铝， 中国由铝土矿提纯氧化铝时的副产物鎵的产量也激增。 因为氧化铝产量直接与可能的粗镓产能正相关，我把世界2022年的氧化铝产量按国别贴上来供参考。
https://www.statista.com/statistics/264963/global-alumina-production-by-country/
粗镓中国产量是占95%以上，绝对统治地位。下表就来自就是美国政府2023年鎵地质调查总结， 来源连接已经贴过了。
对比上表和上图，你可能有疑问，为啥澳大利亚等氧化铝生产商不提取副产物镓呢？提取技术倒不复杂，无非是酸啊碱啊，还有离子交换和萃取，一二百年前的技术还有几十年前的技术， 但问题是废酸废碱还有废弃的离子交换树脂和有机萃取剂，处理很麻烦，西方环保要求苛刻， 处理废水废液废碴的成本很高。 对比之下，中国大陆环保要求不那么苛刻， 如果厂家是地头蛇有关系，那就更不在话下。 还有，东亚人的工蜂式的工作精神，不论是自觉还是强迫，要比西方工人大老爷要好管多了， 所以中国产粗镓成本就低多了。估计澳大利亚老爷们自觉干不过，那就不干了，反正资源多人又少， 不愁没钱化。 至于巴西，拉美人就是太懒散了。 而印度是潜在的将来镓生产国，印度有一定的氧化铝生产，而且印度化工挺发达的，环保要求估计也不高， 人民也不懒。
在other countries的产能中有德国，德国就是因为成本问题关闭了镓的生产，但在2021年底宣布要重启生产线，那时倒不是因为中国要对出口管制，而是最近几年镓的价格升了不少，从成本上划算了。
前苏的3个国家，俄罗斯乌克兰和哈萨克斯坦都是有镓产能的，其中哈萨克斯坦巴甫洛达氧化铝厂已经关闭了镓生产， 乌克兰南部的尼古拉耶夫氧化铝厂股份是属于俄罗斯铝业Rusal，战争爆发后被乌克兰政府没收，虽然是在乌克兰控制区域，但进口的几内亚铝土矿海路运输中断，目前该厂氧化铝生产线停产中，副产镓今年肯定也没戏了。https://www.bloomberg.com/news/articles/2023-02-17/ukraine-seizes-rusal-alumina-plant-deripaska-linked-assets
日韩也有产能，日本镓是从加拿大进口锌矿生产锌的副产， 我估计，只要要日韩政府提供补贴给本国产商，日韩的产量会提高上来的。
现在聊聊产业链条的下2步，精镓和砷化镓wafer的生产，这方面日本住友德国Freiberg和美国的AXT是占了国外市场大头， 其中日本住友是老大。
美国AXT要提一下，创始人和CEO是个台湾人，Morris Yang（哈，跟张忠谋英文名一样也是Morris）， 这个Morris Yang把公司生产线搬到中国大陆去了，原来是在南京生产精镓在北京通州生产砷化镓wafer， 后来又把这2个生产厂都搬到内蒙朝阳，北京作为公司本部，原来在美国加州的本部以后可能变成分部，公司名称在中国叫通美晶体， 实际上已经是一家中国公司了，该公司的技术总监在中国接受采访时说，他的公司是中国第2代半导体的黄埔军校，其技术人员很多被挖到中国别家新公司去了。中国国内其它厂家也是想沿着这个产业链往上爬，但据这个技术总监说，目前国内其它厂家还是侧重于做LED的精镓和砷化镓wafer。是的，据我所知， 做LED虽然纯度也高，高达5N，但做IC芯片需要7N（即7个9，99.99999%）。
http://www.axt.com/site/index.php?q=node/4
https://zhuanlan.zhihu.com/p/510545896
西方的下游公司，大都是向这3家（住友/Freiberg/AXT）买砷化镓wafer，来做自己的产品。 如果中国实施出口管制，直接影响就是这3家，据报道，AXT已经有关通过中国关联公司通美向中国政府申请出口许可， 因为他们的客户80-90%都在海外。我估计那2家日德公司也会跟随。
应用方面除了LED（光电领域，这个中国国内做的很多），砷化镓的IC芯片主要是在射频领域,比如手机里射频芯片，3-5G的基站芯片，当然，还有一小部分是用于军事国防。射频领域的下游产商如下：
前3都是美国公司，除了博通，均是2线芯片公司，博通以前也不做这个方向，去年还是前年合并了一家做射频的公司，算是刚入行不久。除了第4家台湾稳懋是砷化镓代工企业模式，其它产商基本上是IDM模式（即设计生产销售一条龙）。这个名单上没有中国企业， 估计归类于其它类别。
日本的村田值得一提，华为刚被美国制裁后不久，华为自豪地宣布自产了华为手机里的射频芯片，中国国内一片欢呼，实际上华为是用日本村田的射频前端，这才是最关键的，配上自己的其它周边设计。在美国把制裁令里美国技术来源比例降低之后，日本村田的货也不能卖给华为了，闹剧才算是了结。
还有一家美国公司，最后一位的雷神公司，Raytheon， 美国专门做导弹和雷达的军工公司，占比不到3%的市场，可见国防军用的镓虽然很重要， 但用量在砷化镓市场占比是很低的。Raytheon这家公司，总部本来就在我家傍边的另一个town, 当初我孩子找工作，差点就进了这家，后来他打听到军工口coding工作轻松但方向比较窄，对职业发展似乎不利，所以他选择了非军工的别家。我认识的一个朋友，他的孩子就在Raytheon工作，带他孩子回上海探亲，需要向公司提出申请，手续太麻烦了，现在他孩子干脆不跟他们去中国了。这家公司去年还是前年合并了普惠（飞机发动机公司）， 总部搬到DC附近了，但在麻州还有不少机构。
OK， 聊到这，是到了估计美国可能出的应对措施了。
1．短期没啥好招，但好在 影响的是IC芯片里的小众市场，而且美国下游公司产品大多是民用的，它们的产品中国也得用。 只能通过那3家生产生产精镓和砷化镓wafer的公司，向中国政府申请出口许可了。估计至少会批准一部分，否则中国自己也没得高档射频芯片用。
2 . 民用的一部分，也可以用其它材料替代，比如磷化铟和碳化硅可替代部分镓化合物。
3．美国军工企业也受到影响，但还不至于影响到停产地步，因为军工用量很少，按比例算，每年可能就一吨左右，这点量怎么也能凑到，回收和再生镓（回收率有40%），或别的招，比如中国许可出口的镓， 也没法追踪最终用途。
4．中期看还是有招的，即与有生产能力的友好或中立国家协调，给补贴来刺激他们增加产量，德国本来就有产能，而且也宣布要重开，哈萨克斯坦和匈牙利也有产能，这3家加在一起是有70多吨产能。日韩也能提高产量。 乌克兰原有15吨产能在战争结束前就不要指望了； 俄罗斯这次是不可能向提高锗产量一样来提高镓的产量了，因为它的氧化铝产量因战争大减，而镓是氧化铝生产的副产物，现在俄罗斯只好大量从哈萨克斯坦和中国进口氧化铝来生产电解铝。
5．长期看，还是需要建立镓的新产能，澳大利亚还有巴西和印度，那么大的氧化铝产量，应该鼓励他们回收副产物镓。
以上都是刺激其它国家增产或重启或建立镓生产线的策略，那美国（包括加拿大）自己国内镓生产有没有招？长期看是有的，下次再聊。
