Wpływ rosnących kosztów hafnu na produkcję półprzewodników

Hafn to wszechstronny, srebrzystobiały metal szeroko wykorzystywany w różnych gałęziach przemysłu ze względu na swoje unikalne właściwości. Cieszy się dużym zainteresowaniem w zastosowaniach lotniczych i stopach przemysłowych, półprzewodnikach, urządzeniach do przechowywania danych, reaktorach jądrowych oraz komponentach przemysłu obronnego. 

Wysoka stała dielektryczna sprawia, że jest to kluczowy materiał do utrzymania pojemności i ograniczania strat mocy w produkcji układów scalonych. W rezultacie hafn znajduje szerokie zastosowanie w produkcji półprzewodników do nanochipów oraz wytwarzaniu pamięci DRAM. 

Silny popyt ze strony branż lotniczej i elektronicznej przyczynił się do 400% wzrostu cen hafnu, które osiągnęły rekordowe poziomy. Obecna cena hafnu wynosi od 4 500 do 5 000 USD za kg, w porównaniu do 1 200–1 400 USD za kg rok temu.

„Wraz z ożywieniem produkcji samolotów i rosnącym popytem na powłoki z czterochlorku hafnu od producentów półprzewodników do nowej generacji nanochipów, rynek hafnu doświadcza obecnie znaczącej nierównowagi pomiędzy podażą a popytem” — powiedziała Rowena Smith, dyrektor generalna Australian Strategic Materials.

Rynek hafnu

Prognozowany jest dalszy wzrost zapotrzebowania na hafn ze względu na rosnące zastosowanie w różnych branżach, w tym w lotnictwie, awiacji, turbinach przemysłowych, produkcji półprzewodników, powłokach optycznych oraz reaktorach jądrowych, które odpowiadają za niemal 50% globalnego popytu. 

Przewiduje się dalszy wzrost tego zapotrzebowania, zwłaszcza w Chinach, gdzie szacuje się najwyższy średnioroczny przyrost użytkowania hafnu w latach 2023–2028, ze względu na planowaną budowę sześciu do ośmiu nowych reaktorów jądrowych rocznie w tym okresie, oprócz projektów półprzewodnikowych i elektryfikacyjnych.

Jednak globalna podaż hafnu jest obecnie ograniczona, ponieważ nie można go pozyskiwać bezpośrednio, lecz uzyskuje się go jako produkt uboczny oczyszczania cyrkonu. Ograniczenie to pogłębia stosunek produkcji cyrkonu do hafnu wynoszący 50:1 — do wyprodukowania jednej tony hafnu potrzeba około 50 ton cyrkonu. W rezultacie produkcja hafnu jest kosztowna i czasochłonna.

Dodatkowo, produkcja hafnu koncentruje się obecnie głównie we Francji i Stanach Zjednoczonych, co powoduje niedobory w dostawach. Zakaz eksportu rosyjskich materiałów podwójnego zastosowania oraz ograniczenia eksportowe wprowadzone przez Chiny również potęgują deficyty podaży tego metalu. 

Obecne ograniczenia w produkcji i podaży hafnu, w połączeniu z rosnącym popytem, skutkują niedoborem tego metalu i wzrostem jego ceny.

Co to oznacza dla branży półprzewodników

Wraz ze wzrostem kosztów hafnu rosną także koszty wytwarzania dla producentów półprzewodników oraz największych firm pamięciowych, takich jak Samsung Electronics i SK Hynix, będących czołowymi odbiorcami hafnu. 

Cienka warstwa metalu jest nanoszona na kondensatory w anatomicznych warstwach pamięci DRAM w celu izolacji i blokowania upływu prądu między kondensatorami, dzięki czemu hafn jest niezbędny w produkcji DRAM.

Obecnie Samsung Electronics zaopatruje się we wszelki hafn w Adeca Korea, natomiast SK Hynix uzyskuje dostawy od SK Trichem, który z kolei otrzymuje surowce od Lake Materials, UP Chemical i innych dostawców, wykorzystując szacunkowo 100 ton rocznie przez każdą z tych firm. Znaczący wzrost ceny metalu przekłada się zatem bezpośrednio na koszty produkcji tych przedsiębiorstw. 
Jak stwierdził branżowy analityk, wzrost cen surowców jest na tyle istotny, że Samsung Electronics, SK Hynix i inni producenci nie będą mogli uniknąć wpływu kosztowego w przyszłości, co przełoży się na wyższe ceny pamięci DRAM. 

Chociaż zatory w łańcuchach dostaw wywołane przez pandemię oraz niedobory półprzewodników stopniowo ustępują, inne czynniki, takie jak braki surowcowe, nadal wpływają na dostępność i ceny układów scalonych. Zobacz, jak Z2Data może pomóc Państwu lepiej zarządzać zakłóceniami rynkowymi i w łańcuchu dostaw oraz budować odporność operacyjną w obszarach engineering, compliance, supply chain oraz procurement, wykorzystując najbardziej kompleksowe dane o dostawcach, komponentach i rynku na świecie.

‍