氧化铝也有100万元吨以上的“天价”产品？
时间: 2024-02-23 06:35:37 | 作者: 石料破碎设备
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大约从前年开始，我国氧化铝产能过剩的苗头初现，直至当前，产能过剩已愈发显现。截止到2022年，我国氧化铝总建成产能达9695万吨，而电解铝建成产能4516.1万吨。按照一吨电解铝消耗1.925吨的氧化铝来计算，国内的氧化铝过剩产能达到了1002万吨。即便考虑到精细氧化铝生产消耗量，我国的氧化铝产能仍严重过剩。
价格方面，目前冶金级氧化铝价格在2700-3220元/吨。据中粉资讯·粉体价格指数最新多个方面数据显示，我国精细氧化铝主产区山东地区普通煅烧α氧化铝原粉价格在3320-3500元/吨，普通微粉价格在3650-3850元/吨，相比进口高纯氧化铝动辄几十万元每吨的价格，可谓是差距巨大，即便是国产的高纯氧化铝产品，其均价也与高端进口价格相差10万元/吨左右。
而据业内人士介绍，从国外进口的用于抛光行业并对产品指标有细致要求的高纯纳米氧化铝，价格可高达100万元/吨以上。
20世纪70年代开始，多层金属化技术引入到集成电路制造工艺中，使得芯片的立体空间得到了高效利用，提高了器件的集成度。然而这项技术使得硅片表面不平整加剧，并且由此引发的一系列问题，严重影响了大规模集成电路的发展。
化学机械抛光（CMP）是半导体先进制程中的关键技术，其主要工作原理是在很多压力下及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。根据不同工艺制程和技术节点的要求，每一片晶圆在生产的全部过程中都会经历几道甚至几十道的CMP工艺步骤。与传统的纯机械或纯化学的抛光方法不同，CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现晶圆表面微米/纳米级不一样的材料的去除，进而达到晶圆表面的高度（纳米级）平坦化效应，使下一步的光刻工艺得以进行。
在1988~1991年间，IBM公司在DRAM的生产的全部过程中多次运用CMP技术。从此以后，CMP技术大范围的应用于集成电路制造领域。CMP是目前在半导体工业中唯一可以在一定程度上完成全局平坦化的技术，其技术的发展对集成电路的发展有着重要的影响。
抛光液的性能是影响化学机械抛光质量和抛光效率的重要的条件之一。抛光液具有技术上的含金量高、保密性强、不可回收等特点，这使其成为CMP技术中成本最高的部分。
抛光液主要由磨料、溶剂和添加剂组成，其种类、性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等与最终抛光效果紧密相关。目前市场上使用最为广泛的几种磨料是SiO2、CeO2、Al2O3。SiO2抛光液选择性、分散性好，机械磨损性能较好，化学性质活泼，并且后清洗过程处理较容易；缺点为在抛光过程中易产生凝胶，对硬底材料抛光速率低。CeO2抛光液的优点是抛光速率高，材料去除速率高；缺点是黏度大、易划伤，且选择性不好，后续清洗困难。α-Al2O3硬度大、稳定性很高、不溶于水、不溶于酸碱，对于硬底材料如蓝宝石、碳化硅衬底等却具有优良的去除速率。随着LED蓝宝石衬底、硅晶片的需求日渐增长以及碳化硅半导体产业的兴起，Al2O3抛光液在CMP中的应用显得更为重要。
固相法中的碳酸铝铵热解法、改良拜尔法、爆炸法等是很成熟的制备方法。固相法制备超细粉末的流程简单，无需溶剂，产率较高，但生成的粉末易产生团聚，且粒度不易控制，难以得到分布均匀的小粒径的高质量纳米粉体。
气相法主要有化学气相沉淀法，通过加热等方式改变物质形态，在气体状态下发生反应，之后在冷却过程中形成颗粒。气相法的优点是反应条件能控制、产物易精制，颗粒分散性好、粒径小、分布窄，但产出率低，粉末难收集。
液相法常见的有醇铝水解、喷雾干燥、溶胶凝胶、乳化等几种方法，其中醇铝水解法是最常用的制备技术，该法是将异丙仲丁醇或异丙醇铝的醇溶液加入水中水解，经过控制水解产物的缩聚过程控制产生的颗粒大小，经过高温煅烧制得高纯纳米氧化铝。
由于纳米α-氧化铝的硬度很高，因此抛光时易对工件表面导致非常严重的损伤，而且纳米氧化铝的表面能比较高，粒子易团聚，也会造成抛光工件的划痕、凹坑等表面缺陷。为了更好的提高抛光工件的表面上的质量和粒子的分散稳定性，需要对纳米氧化铝进行了表面改性。复杂的生产及加工技术也使得此种氧化铝得以“天价”出售。
对纳米氧化铝表面改性的目的是提高颗粒表面规则度，减少抛光划痕和凹坑，同时提高氧化铝磨料分散度和抛光液稳定性。常见的处理方法为利用偶联剂、有机物、无机物等在硬度较高的氧化铝粒子表面包覆一层较软的物质以减少抛光划痕和凹坑等缺陷，进而改善氧化铝抛光液的稳定性和分散性，同时能有效提升抛光磨料的耐磨性能。此外，还能够最终靠改变氧化铝颗粒Zeta电位来提高抛光液的稳定性。
目前高纯纳米市场仍被国外企业垄断，如住友化学、法国Baikowski、日本大明化学等，其中住友化学是市场占有率最大的企业。这几年，从国家层面到产业界均认识到高纯纳米氧化铝的重要性，开始了追赶之路，生产公司数也达到几十家，但受限于资本和技术门槛的限制，这一些企业的产品大多分布在在中低端市场，市场竞争力也要弱很多，尤其在CMP抛光用氧化铝方面，仍依赖于进口，在半导体产业已成为支撑经济社会持续健康发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业的今天，实现高纯氧化铝等产业链各环节材料的自主可控势在必行。