3月7日，據中國經營報援引CNBC報道，全球正面臨沙子短缺危機。恰逢全球最大的矽片供應商日本信越化學也宣佈矽產品全線漲價10-20%。

圖源：中國經營報微博

圖源：信越化學官網

兩條訊息一起看，一時間，

“沙子快沒了，矽晶圓又將漲價，缺芯局面將進一步惡化”

的訊息在網上引發熱議。訊息中指出由於沙是用於生產矽片——也就是絕大多數半導體產品的原材料，全球高科技的繁榮被形容為是建立在“沙子”之上。因而沙子的短缺將影響矽晶圓的正常供應，缺芯局面將惡化。

那麼，沙子的短缺是否會進一步加劇晶片供應困境？沙子和矽晶圓漲價有否必然聯絡呢？

此“沙”非彼“沙”

據瞭解，沙子的主要成分是二氧化矽（SiO₂），是地球地殼中含量較豐富的物質，沙子中所含有的元素矽，是地球地殼中第2大組成元素，約佔地殼總質量的25%。

沙子的種類主要有兩種：天然沙和機制沙，

天然沙又可被分為河沙、海沙和山沙；機制沙指的是由機械破碎後的粒徑小於4.75mm的岩石顆粒。

在瞭解沙子資源枯竭和矽晶圓是否存在漲價邏輯之前，我們要先知道當前缺的是哪種沙子。CNBC報道指出：在過去20年裡，全球的沙子使用量增加了兩倍，部分原因是城市化的迅猛發展。據聯合國估計，全球沙子的使用量是水泥的10倍。也就是說，單在建築工程方面，全球每年就消耗大約400億到500億噸沙子。沙子消耗的數量遠遠超過了沙子的自然增速。

從報道中透露的訊息可知，沙子供不應求的情況最可能出現在建築行業，因為建築用沙有一定的標準，山沙或海沙一般都不符合要求，只有河沙合適。

那什麼沙子才是製造矽晶圓的基礎材料呢？實質上，各類沙子的主要成分基本一致，主要是二氧化矽，但由於只有高純度的單晶矽（純化度達99。999%），才能用作生產矽晶圓材料，而各種沙子之間由於含矽量、提取矽工藝、使用成本等方面的差異，用途有所差別。具體到

半導體用的“沙子”，其來源並非河沙，而是各種含矽的沙礦石，如脈石英、石英石等，所以報道中河沙的資源枯竭並不會影響矽晶圓的供應。

關於半導體原材料的提煉，芯師爺此前譯文《零差評！BBC神作：半導體如何改變世界》中也有所提及。

▲矽的提煉過程

影片來源：BBC

石英石的主要成分為二氧化矽（SiO₂），沙石要變成矽材料，還要經過複雜的過程。首先要用機器和炸藥從地面提取的岩石放入破碎機中，該破碎機吐出石英礫石。然後將其送至加工廠，將石英研磨成細砂，新增水和化學藥品可將矽與其他礦物分離。矽經過最後的研磨，然後裝袋並以粉末形式送到精煉廠。

▲矽的原材料：石英石

純化後的矽屬於多晶矽或無定形矽，此時矽的純度雖達標，但由於其內部的原子排列很混亂，依舊無法直接應用於精密半導體器件的一線生產。所以，需要透過一些方法將純度達標的矽材料製成單晶矽。在實際生產操作中，工作人員主要是透過直拉法或區熔法，將多晶矽或無定形矽轉換成為單晶矽矽錠。

“沙”量會否影響半導體供應？

理清了沙子和晶圓供應的關係，那“沙子不夠用”這一問題會不會成為半導體行業發展的隱憂呢？答案恐怕是不會。

一方面，

半導體行業用矽材料佔矽總產量極小。

據瞭解，全球多晶矽年產能約為64萬噸，用於製造晶片的只有3萬噸，這比美國每小時生產的建築用砂量還少，僅佔全部矽材料總產量的5%。

另一方面

矽晶片原材料的庫存量驚人。

以半導體原料石英石為主營業務的Quartz公司礦山經理Spruce Pine就曾表示，“我們現在擁有數十年的晶片製造原材料，而且在我們用盡石英石之前，該行業可能會發生變化。”

Spruce Pine指的“變化”之一是

半導體新原材料技術也還在不斷研發中。

摩爾定律指出，積體電路上可容納的元器件數目每18個月約翻1倍。現在以矽為主要應用材料的矽晶圓在單位面積上可整合的元器件數目已經遭遇瓶頸，這之後必然需要新的技術來延續技術發展，目前半導體新材料如砷化鎵、石墨烯等都已經成為重點研發方向，且有一些進展。隨著技術的發展，或也會出現更多成熟的半導體新材料。

所以總的來說，“沙子短缺”和“晶圓價格上漲”在很長一段時間內都不會成為因果關係，但這些傳言這也在一定程度上反映了在缺芯困境不斷蔓延下，業界人士對半導體供應鏈的擔憂已經到了草木皆兵的程度。

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