我國金屬鎵產業(yè)發(fā)展態(tài)勢及應用前景

陳瑞強 何青 劉麥｜文

鎵是我國具備資源優(yōu)勢的金屬品種之一。金屬鎵是制備砷化鎵、氮化鎵單晶半導體材料的主要原料。隨著國內外傳統射頻通信和LED的平穩(wěn)發(fā)展，以及5G基站建設和VCSEL光電芯片等新興產業(yè)的加速發(fā)展，將持續(xù)增加對砷化鎵、氮化鎵等核心材料需求，并進一步帶動金屬鎵消費增長，改善金屬鎵供需平衡，有望推動鎵價格平穩(wěn)回升。

金屬鎵產業(yè)現狀

1.中國金屬鎵供需態(tài)勢

我國是全球最大的金屬鎵生產、消費和出口國。2019年，我國原生鎵產量356.6噸、同比降低11.7%，消費量262噸、基本持平，出口量預計為91.3噸、同比降低42.6%；原生鎵產量和消費量分別占全球的95.2%和48.9%。自2018年開始，受我國LED產業(yè)規(guī)模發(fā)展帶動，我國取代日本成為全球最大金屬鎵消費國。同時，我國出口供應了全球幾乎全部的金屬鎵需求，但2019年由于國內產量下滑，企業(yè)減少出口，同時國外下游用戶由于對金屬鎵價格走勢的不確定，普遍謹慎采購，加大消化庫存，導致出口量驟減近一半。

總體來看，2019我國金屬鎵供需基本平衡，國內持續(xù)多年的供應過剩態(tài)勢得到初步扭轉。

2.金屬鎵價格走勢

金屬鎵作為重要資源，在2012年之前長期保持2000元/千克以上價格，但之后由于國內企業(yè)加大產能產量，全球金屬鎵始終處于供應過剩局面，導致價格持續(xù)下滑。2017年以后，我國部分氧化鋁企業(yè)使用的鋁土礦由國產改為進口，導致金屬鎵產線由于母液雜質變化和鎵含量下降紛紛停產，金屬鎵出現產量增長放緩態(tài)勢，加之金屬鎵需求保持平穩(wěn)增長，金屬鎵價格出現觸底回升并在1000元/千克上下震蕩。

我國金屬鎵的應用現狀與前景分析

1.金屬鎵應用領域

我國金屬鎵消費領域及用量比例（2018年）數據來源：中國有色金屬工業(yè)協會鎵硒碲分會

目前4N-5N純度的金屬鎵主要用于太陽能電池、氣體傳感器、稀土永磁材料等領域，6N及以上純度的金屬鎵主要用于制造砷化鎵、氮化鎵等化合物半導體。目前，化合物半導體是我國金屬鎵最大消費領域，占消費量65%左右。按照最終用途測算，我國金屬鎵76%左右用于LED和無線通訊領域。

從未來發(fā)展趨勢看，我國金屬鎵在永磁材料、LED領域的消費將保持相對平穩(wěn)增長；而在無線通訊（砷化鎵、氮化鎵半導體材料）領域的消費將呈現較高的增長速度。

砷化鎵和氮化鎵分別作為第二代和第三代半導體材料的代表，擁有各自特性，應用在不同的領域，其中砷化鎵經過多年開發(fā)應用已經比較成熟，氮化鎵的應用方興未艾，在5G基站、快速充電器等領域應用發(fā)展迅速。

2.砷化鎵材料應用前景

砷化鎵、磷化鎵等是第二代半導體材料的代表，特點是電子遷移率高（是第一代半導體硅材料的5～6倍）、禁帶寬度較大且為直接帶隙、本征載流子濃度低、光電特性好，容易制成半絕緣材料。砷化鎵是目前最重要的光電子材料，也是繼硅材料之后最重要的微電子材料，適合于制造LED芯片、激光器等光電子器件以及手機射頻芯片等高頻、高速集成電路。砷化鎵是我國金屬鎵的最大細分消費領域（占42%左右）。

2018年全球砷化鎵襯底材料市場規(guī)模為4.1億美元，其中中國為0.6億美元。砷化鎵襯底材料市場主要分布在射頻芯片、LED和光電子三個領域。

據Yole、Strategy Analytics等研究機構預測，砷化鎵襯底在射頻芯片、光電子、LED三大領域均有較好的應用前景。由于5G手機中PA射頻芯片數量增多，預計受5G手機出貨量快速上升拉動，手機PA射頻芯片用量將增大，帶動砷化鎵襯底需求增長，特別是國產射頻芯片用砷化鎵襯底預計將取得進口替代突破，年均復合增長率高達159%。受到微型LED、VCSEL激光器等應用領域快速發(fā)展帶動，全球光電器件用砷化鎵襯底未來幾年的市場增長率也很可觀。

預計到2023年，全球和中國砷化鎵襯底規(guī)模將分別上升至10.5億美元和3.5億美元，5年CAGR分別為21%和45%，中國增長率是全球平均水平兩倍。

3.氮化鎵材料的應用現狀與前景

氮化鎵、碳化硅、氮化鋁等是第三代半導體材料的代表，特點是擁有更寬的帶隙，能比硅、砷化鎵承受更高的電壓，擁有更好的導電能力，因此效率更高，是迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料體系，下游應用包括微波射頻器件（5G通信基站等），電力電子器件（電源等），光電器件（LED 照明等）。氮化鎵是目前全球最快功率開關器件之一，并且可以在高速開關的情況下仍保持高效率水平，能夠應用于更小的變壓器，讓充電器可以有效縮小產品尺寸。據研究，如果氮化鎵替換現在所有電子設備，可能會讓電子產品的用電量再減少10%或者25%。目前，氮化鎵手機充電器的推廣應用正熱火朝天。氮化鎵是我國金屬鎵的第二大細分消費領域（占23%左右）。

2018年中國砷化鎵襯底市場規(guī)模及5年CAGR預測（單位：億美元）

氮化鎵未來幾年最大的消費增長將出現在5G基站領域。5G宏基站和小基站都需要使用氮化鎵制作的射頻元件。2017年我國氮化鎵射頻市場規(guī)模約為12億元，無線通信基站約占20%，即2.4億元。2018年，由于5G通信試驗基站的建設，基站端氮化鎵射頻市場達4.2億元，同比增長達75%。根據國內外的調查數據顯示，2019年維持70%以上的同比增速；2020年為國內5G建設加速年，基站端氮化鎵市場規(guī)模預計將達到32.7億元，同比增長340.8%；到2023年，市場規(guī)模預計將達到121.7億，年均復合增長率達100%以上。

金屬鎵市場趨勢判斷

未來2～3年，金屬鎵市場供需走勢主要受到三個因素影響。

一是金屬鎵需求預計將持續(xù)增長。國內外傳統射頻通信和LED產業(yè)將保持平穩(wěn)發(fā)展態(tài)勢，5G基站建設、微型LED和VCSEL光電芯片等新興產業(yè)將加速發(fā)展，不斷增加對砷化鎵、氮化鎵等核心材料需求，從而帶動金屬鎵需求，持續(xù)改善金屬鎵供需平衡，有利于推動鎵價格平穩(wěn)回升，促進金屬鎵產業(yè)健康發(fā)展。

二是金屬鎵產量存在不確定性。從近幾年來看，金屬鎵產能產量總體上呈現觸頂下降的態(tài)勢，但山西、廣西、貴州等國內鋁土礦資源富集地仍有新建金屬鎵產能情況，現有生產線也有技改提升產能的潛力。若新增產能超過消費增長速度，有可能打破當前供需33基本平衡，導致全球金屬鎵再次出現過剩，從而阻礙價格回升。

三是泛亞庫存的后續(xù)影響。2019年，昆明泛亞交易所190多噸金屬鎵庫存以904元/千克的較高價格順利拍賣，緩解了市場的長期擔憂。但該部分庫存被拍賣后會如何處理沒有明確消息，貿易商仍然擔心庫存釋放造成市場供應過剩，下游用戶也存在觀望等待心理，影響了供銷情緒和市場活躍度。

總體判斷，當前各方對于金屬鎵的消費增長持較強烈的預期，尤其是對未來國內砷化鎵、氮化鎵發(fā)展抱持積極看法，但金屬鎵價格走勢很大程度上取決于國內新增產能和產量。如果金屬鎵新增產能增長低于消費增速，預期金屬鎵供需將維持弱平衡態(tài)勢，金屬鎵價格將平穩(wěn)回升，有望成為最早走出低迷的稀有金屬；相反，則將維持在當前價格區(qū)間的震蕩態(tài)勢。