近段時間，在俄烏沖突持續的背景下，特種氣體受到市場的廣泛關注。
根據央視報道，俄羅斯工業和貿易部在6月2日表示，俄羅斯在2022年年底前將限制氖氣等惰性氣體的出口。惰性氣體又稱稀有氣體，包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣，可以應用于半導體制造等行業。例如，在芯片的光刻工藝中，稀有氣體的混合物在高壓受激發后，會產生固定波長的光線，用于晶圓的光刻。
國內生產惰性氣體的公司包括華特氣體（688268.SH）、金宏氣體（688106.SH）、凱美特氣（002549.SZ）等。金宏氣體董事會秘書辦人士近日告訴經濟觀察網記者，芯片的制造過程要經過一些氣態相關的工藝，總共需要幾十種、甚至上百種的各類氣體，其中就包括稀有氣體。目前，稀有氣體的行情比較好，價格也一直上漲。該公司正重點布局氦氣，預計未來兩年內產能會翻倍。
6月5日，浙商證券分析師王華君和張楊表示在研報中表示，俄羅斯占全球惰性氣體供應量約30%，俄羅斯的出口限制可能會加劇全球芯片市場的供應緊張。此外，烏克蘭也曾是世界上最大的惰性氣體供應國之一，全球約45%至54%的半導體級氖氣產自烏克蘭在馬里烏波爾和敖德薩的惰性氣體工廠。俄烏戰爭后，兩家工廠都關閉了業務，意味著全球的氖氣產能突然失去了一半，引發全球氖氣、氙氣等價格一度跳漲。
截止6月14日，根據卓創資訊的數據，氖氣的市場價格區間為每立方米1.25萬元-1.6萬元，年初的價格區間為每立方米1700元-2000元；氪氣價格區間為每立方米4.9萬元-5.2萬元，年初的價格區間為2萬元-2.2萬元；氙氣的價格區間為每立方米49萬元-52萬元，年初的價格區間為23萬-26萬元。
事實上，氣體的在工業中的應用非常廣泛。比如，根據華特氣體年報介紹，普通工業氣體產品主要為氧氣、氮氣、氬氣等。其中，氧氣主要用作金屬冶煉等行業的助燃劑、化肥等化工工業的氧化劑；氮氣主要用作化工、機械制造、家電等行業的保護氣、金屬冶煉等行業的爐溫退火；氬氣主要用作電弧焊接的保護氣、填充光電管等。
隨著新興產業的發展，氣體又被廣泛應用于集成電路、顯示面板、光伏、光纖光纜等行業的生產過程中，這類氣體被成為“電子特種氣體”。 凱美特氣在年報中稱，電子特種氣體是半導體產業的“血液”。
特種氣體重要性正在提升
金宏氣體人士告訴記者，該公司所生產的氣體大致可以分為大宗氣體和特種氣體。相對大宗氣體，芯片生產過程中所需的特種氣體的量不是特別多，但是種類非常多。實際上，在芯片的整個生產過程中，很多的工藝環節都需要氣體，總共需要幾十種、甚至上百種各類氣體。
金宏氣體生產的大宗氣體包括氮氣、氫氣、氧氣等，特種氣體包括超純氨、高純氧化亞氮、八氟環丁烷、正硅酸乙酯、高純二氧化碳等。事實上，特種氣體和電子級的大宗氣體都是半導體行業不可或缺的原材料。
華特氣體亦在年報中介紹，工業氣體根據其用量大小可以分為大宗氣體和特種氣體兩類，其中大宗氣體又可分為空分氣體(從空氣中分離出的氣體，包括氧氣、氮氣等)和合成氣體(氫氣、一氧化碳、乙炔等)，特種氣體根據用途不同可分為電子特種氣體、醫療保健用氣體、食品飲料用氣體、航天用氣體等。
其中，電子特種氣體（簡稱“電子特氣”）是指用于半導體、顯示面板、光伏、LED及其它電子產品生產過程的特種氣體。根據深圳市億渡數據科技有限公司發布的《2021年中國特種氣體行業短報告》，2021年中國的特種氣體市場規模預計達342億元，其中電子特氣預計達216億元，電子特氣占特種氣體接近6成。
“電子特氣深度參與芯片、顯示面板、光伏、LED等核心制程，往往具有‘牽一發而動全身’的效應。”華特氣體稱。
金宏氣體人士對記者表示，芯片不同的制程和工藝，相應的氣體用量、品種都會有所不同。這段時間大家所關注的惰性氣體也叫稀有氣體，也被應用于芯片制造環節。
華特氣體在年報中介紹，在芯片產品的清洗、刻蝕工藝中，需要用到氟碳類產品，包括高純四氟化碳、高純六氟乙烷、八氟丙烷、高純二氧化碳等；在光刻工藝中，需要用到光刻稀混氣體（稀有氣體的混合氣），包括氪氖混合氣、氟氖混合氣等。此外，在芯片的外延、沉積、離子注入等工藝過程都需要使用不同種類的電子特氣。
據華特氣體統計，半導體晶圓制造在電子特氣應用中占比約70%，其次是面板顯示市場占比約20%，剩下的部分包括光纖通信、太陽能電池等領域。
華特氣體表示，隨著全球晶圓廠的加速擴建以及產能的逐步釋放，下游市場對電子特氣的需求廣闊，電子特氣的市場空間持續擴大。而且，下游產業的迅速發展不僅在規模上增加了特種氣體的需求，產業創新、技術迭代帶來新工藝、新產品等，也進一步拓寬了特種氣體的應用領域，不斷產生新的特種氣體產品需求。
金宏氣體人士告訴記者，該公司的稀有氣體占營收比例正在上升。因為行情比較好，目前金宏氣體正在重點布局氦氣。在明后年的規劃上，氦氣的產量會有翻倍以上的增長。氦氣往往從天然氣中提取，該公司從海外采購一手的氦氣生產資源。
根據金宏氣體年報，該公司2021年大宗氣體產量為24.34萬噸，同比下降13.21%；特種氣體產量為7.24萬噸，同比上升29.78萬噸。其中，大宗氣體毛利率為27.21%，特種氣體毛利率為35.46%。
金宏氣體表示，根據業界經驗數據，工業氣體行業增速是全球GDP增速的2到2.5倍。傳統上，大型鋼鐵冶煉、化工企業往往自行建造空氣分離裝置，以滿足自身氣體需求。隨著專業化分工合作的快速發展，外包氣體供應商可以滿足客戶對氣體種類、純度和壓力等不同需求，為其提供綜合氣體解決方案，有利于減少客戶在設備、技術、研發上的巨額投入。2019年中國工業氣體外包率約為55%，到2020年為57%，相比發達國家80%的外包率仍有較大差距。
純度要求趨近極致 國產替代進行中
金宏氣體人士向記者介紹，芯片制造通常對氣體純度要求都比較高。該公司生產的電子氣體，很多產品都達到了9N純度。這個N代表的是純度中9的數量，比如5N代表99.999%純度。不同的產品需要的純度不同，超純氨能達到7N，高純氧化亞氮是5N（也被稱為“笑氣”）。
金宏氣體也在年報中表示，半導體行業對于氣源及其供應系統有著苛刻的要求，電子氣體的深度提純難度大，而純度是氣體質量最重要的指標。在芯片加工過程中，微小的氣體純凈度差異將導致整個產品性能的降低甚至報廢。
據金宏氣體介紹，電子氣體純度往往要求5N以上級別。此外，還要將氣體中的金屬元素雜質含量凈化到10的負9次方級別至10的負12次方級別。氣體純度每提高一個層次對純化技術就提出了更高的要求，技術難度也將顯著上升。
華特氣體也在年報中表示，氣體純度是特種氣體產品的核心參數，要求超純、超凈。其中，超純要求氣體純度達到4.5N、5N甚至6N、7N，超凈要求嚴格控制粒子與金屬雜質的含量，純度每提升一個N以及粒子、金屬雜質含量濃度每降低一個數量級都將帶來工藝復雜度和難度的顯著提升。
隨著氣體純度的提升，檢測微量雜質的單位也越來越小。金宏氣體人士向記者表示，衡量微量氣體的濃度單位可以用ppm、ppb、ppt等單位表示，其中，ppm代表10的負6次方級別，ppb代表10的負9次方級別，ppt代表10的負12次方級別。
據金宏氣體年報介紹，隨著新興行業對工業氣體純度要求的日益提升，對氣體中雜質含量的檢測分析技術也更為嚴格，從早期的常量級逐漸發展到目前的ppm級、ppb級甚至達到ppt級。
華特氣體亦表示，在配制混合氣的過程中，隨著產品組分的增加、配制精度的上升，常常要求氣體供應商能夠對多種ppm乃至ppb級濃度的氣體組進行精細操作，其配制過程的難度與復雜程度也顯著增大。
華特氣體進一步表示，集成電路領域技術快速更迭，晶圓尺寸從6寸、8寸發展到12寸，制程技術從28nm、14nm、7nm到5nm。作為集成電路行業的關鍵性材料，特種氣體的精細化程度也持續提高，對特種氣體生產企業在氣體純度、混配精度等方面的技術要求都將持續提高。
然而，凱美特氣在年報中介紹，目前國內電子特氣市場，特別是高端電子特氣的國內自給率非常低，中國電子特種氣體有80%以上依賴進口。
“2022年2月俄烏沖突給稀有氣體供應帶來重大不確定性，一時間供應緊張，價格飆漲，給供應安全帶來負面沖擊，未來如何進一步實現特種氣體國產化，保障國內高端制造業發展是公司面臨的一個新形勢?！比A特氣體稱。
不過，國內的特種氣體生產企業也在逐漸填補缺口。據華特氣體介紹，該公司逐步實現了高純六氟乙烷、高純三氟甲烷、光刻氣等近20多個產品的進口替代。而且，華特氣體研發生產的4種光刻混合氣分別在2017年和2021年獲得了光刻機制造廠商阿斯麥公司（ASML）和日本GIGAPHOTONR公司的認證，成為了國內唯一一家獲得兩家光刻機廠商認證的氣體公司。
目前，華特氣體部分產品已批量供應14nm、7nm等產線，部分氟碳類產品已進入到5nm的工藝使用?！翱陀^上國內的特種氣體開始逐步具備替代進口的能力，未來國產替代進口的市場需求廣闊?！比A特氣體稱。
