金属镓的生产、应用现状和前景

金属镓的生产、应用现状和前景

镓是一种较年轻的金属，1875年才被发现。因其稀少且分散，直到1915年才真正提炼出来。当时认为，这种熔点低而贵的金属几乎没有什么用途。美国到了1943年才将镓作为副产品少量生产，中国则到了1957年才作为副产品少量生产。从那时起，各国在建设氧化铝工厂时，都附带建有镓生产车间以综合利用资源；我国直到20世纪末，才有山东铝厂生产镓。

一、镓的用途与市场

各国对金属镓的兴趣源于20世纪60年代初，砷化镓作为一种新型优质半导体的研究热兴起，但真正大规模的生产是在20世纪80年代。随着砷化镓半导体器件研究的成熟，砷化镓化合物半导体的优异性能不断被发现，砷化镓微波器件、激光器和发光二极管大量涌现，尤其是20世纪90年代初，蓝色LED的研究成功，激发了白色LED的开发，“照明革命”开始了。于是，对镓的需求急剧增加，加上商业炒作，镓的身价甚至上涨4倍以上。

经过近20年的努力，白色LED照明技术已取得突飞猛进的发展，加上节能环保的优势，世界各国政府都给予大力扶植。由于可预见的效益，对砷化镓的研究和生产目前已大部分转向了LED产业。

用于通讯产业的砷化镓晶体

2005年以来的几年中，虽然全球镓的需求量只增加了26.68%，但应用的结构发生了很大的变化，原来金属镓用于制造GaAs、GaP载体材料，作为载体材料增加的速度有限，但器件的发展是以薄膜化为特征的。LED、集成电路、激光器和太阳能电池，都采用了在衬底片

上生长单晶薄膜的工艺生长GaAs、GaSb、GaN，且用的都是三甲基镓(TMG)。虽然规模很大，但以镓的重量来计算，毕竟是少的。

化合物半导体器件发展的势头越来越迅猛，因为它符合节能和环保的特点，预计今后每年将以20%～25%的速度增长，所以对镓的需求也会稳步增长。

未来预计，中国的需求增长速度将高于全球。一是因为中国原来基础比较薄弱，以LED 为例，原来芯片95%都是进口的，为了赶上半导体照明这场产业浪潮，国家成立了协调办公室，批准成立了八个半导体照明示范基地；几年中，LED芯片的自供率已达到了60%，但白光LED的效率、成本与世界发达国家还有很大差距，国家已投入越来越多的力量，大力发展LED产业。二是国外著名的砷化镓衬底公司AXT移址北京，带动了国内砷化镓晶片的生产；今年，两家主要的外资砷化镓晶片厂使用的金属镓将达到40～50吨，详见表1、表2。

表1 2005～2009年全球市场对镓的需求量（单位：吨）

备注：*表中中国一家以外贸方式结算的企业用量未包括进来。

表2 今后五年全球和中国市场对镓的需求量预测值（单位：吨）

资料来源：中国有色金属工业协会，2010年6月。

二、镓生产和应用的发展趋势

（一）生产

全球从事镓生产的单位有30多家，但原生镓的生产主要集中在一些大的氧化铝厂和大的有色金属冶炼厂，如表3所示；其中，90%的原生镓来自氧化铝厂。

表3 全球生产镓的国家和主要企业

据2005年统计，全球原生镓的生产能力约为423吨，其中加拿大50吨、德国35吨、法国50吨、匈牙利8吨、俄罗斯18吨、乌克兰3吨、捷克斯洛伐克8吨、日本100吨、哈萨克斯坦20吨、澳大利亚50吨和甲国80吨。

镓的产量受主体金属的生产情况制约，因为镓在矿物中是以伴生状态存在的，在主体金属冶炼中通过综合利用而回收获得镓。实际上，全球的原生镓产量从没有超出过200吨，因为消耗量中还有相当一部分是再生镓。由此可见，从产能看，镓需求量的增加，原材料完全可以得到满足；另外，还有相当大的一部分氧化铝厂，迄今仍未建立镓的综合利用车间。

近5年来，中国以砷化镓为主的化合物晶片工业迅速扩大，尤其是近两年来，增势更为迅猛，而且还将以更快的速度发展。所以，对镓的需求也急剧增加。

为顺应市场的需求．生产镓的企业数量和规模也迅速增加。现在，生产原生镓的单位除了原来的山东铝厂、山西铝厂吉亚公司、郑州长城铝业公司、贵州铝厂四家氧化铝厂和株洲冶炼厂（综合利用）外，三门峡市的开曼铝业公司、东方希望（三门峡）铝业公司、山西万荣的方园公司等纷纷崛起，产能都在20吨以上。方园公司的三个生产分厂总产能达40

吨以上，同属杭州锦江集团的山西孝义化工公司又在兴建产能为20吨／年的项目，这些民营企业的总产能接近100吨，而且，有75吨已经量产，大大超越了国有企业（包括合资）的产量。展望今后5五年，中国的镓市场将逐渐被这些民营企业所主宰，从而将影响全球的镓市场。

在锗铟镓中，镓和锗的量远远小于铟。高纯镓的国家标准已经制定很多年，但是在2002年一直没有实际产品，2002年南京金镁镓业有限公司生产了第一批高纯镓。镓的深加工目前主要有三个企业：四川峨眉739厂东方电气集团峨嵋半导体材料有限公司，一年大概生产1吨多左右，产品做到6N. 7N；山东铝厂研究院，虽然批量生产高纯镓，但是大部分是5N 以下的；南京中锗科技公司的合资企业－南京金镁镓业有限公司，目前其镓的纯度是国际上公认为品质最好、产能最大的，可以达到8N以上，产能60吨，今年预计50吨。

山铝研究院：利用电解精练，结晶法生产6N高纯镓，生产能力达到4吨，产量在国内第一，产品主要在国内销售，用于磷化镓等半导体材料的制备。

（二）应用

江苏南大光电材料股份有限公司、大连光明和电贸易有限公司是国内唯有的两家做三甲基镓(TMG)的企业，产品是化合物半导体器件和化合物半导体电池的主要原料，TMG的原料是镓镁合金。国内能提供镓镁合金的只有中锗科技，预计今年生产镓镁合金5吨左右。

目前看来，深加工高纯镓的应用向高水平深度和广度发展。高水平方面，7N.8N以上的镓施展空间大，比如微波电路，量子器件、纳电子器件发展很快，由北京有色金属研究总院和南京金镁镓业有限公司共同起草编写的MBE（分子束外延）级镓的国家标准已经公布。广度发展方面主要是用6N级镓，用于国家正在大力扶持的行业，如半导体照明、LED领域和手机等，占全部镓产量的60%以上。