全球生产的约 70% 的氖气用于半导体芯片制造，供应链问题可能会导致严重中断。

为什么前一段时间关于天然气供应商乌克兰战争导致的氖气短缺的新闻如此焦虑。这并不是破坏拉斯维加斯或东京如此熟悉的彩色照明所需的氖气供应链——反正它正在逐渐被更节能、环保和低

成本的发光二极管所取代。

那么，什么是氖气短缺？

简单的答案是，全球生产的 540,000 公吨氖中约有 70% 用于半导体芯片制造。之所以存在这种高需求，是因为氖是氩-氟-氖准分子脉冲激光器必不可少的、不可替代的主要成分。

这类激光器以其高强度、脉冲、纳秒、193 nm 深的紫外波长输出以及非常小的衍射限制光斑尺寸而闻名，这对于最先进的7 nm空间分辨率光刻至关重要. 它们主要用于计算机芯片生产，但还有

无数其他用途，包括激光武器、核聚变、亚微米加工、同位素分离和眼科手术。

为了实现这种光刻所需的氩-氟-氖准分子激光器的高功率脉冲输出、恒定性和可靠性，氖气（占氩气和氟气混合物的95%）纯度必须非常高，以免降低激光器的性能。由于空气中氖的自然丰度仅

为 18 ppm，因此实现这种非常高的纯度需要一个以液化空气低温分馏为基础的能源、劳动力和成本密集型工艺。为了从液空分离过程中提取实际数量的氖，需要每天至少 1000 吨的工厂产能。

乌克兰是世界小麦的主要生产国，需要大量的氮来生产肥料，而氖是 Haber-Bosch 氨工艺的液态空气氮氧分离工艺的一种非常有价值的副产品.值得注意的是，两家乌克兰公司 Ingas 和 Cryoin 

负责生产用于芯片制造准分子激光器的半导体级氖气全球供应量的约 50%。令人费解的是为什么这种准分子激光器如此渴望氖，因为人们想象激光腔中包含的活性氩-氟-氖气体混合物不会被消

耗。

这就是氖气供应链难题所在。要了解其广泛和不断使用的起源，需要了解支持准分子激光器操作的化学和物理学。这是一个高强度紫外脉冲气体激光器系列。光发射的起源是稀有气体-卤素放电，

其元素组成决定了激光发射的波长。

在对复杂过程的简化描述中，特别是在氩-氟-氖准分子激光器的情况下，脉冲电或电子感应放电会在氩、氟和氖的高压气体混合物中引起电离和离解过程。根据反应方程产生激发瞬态 (ArF)* 准分

子状态：2Ar + F 2 → 2(ArF)* → 2Ar + F 2 + hv (λ = 193 nm)

氩离子和氟离子与氖之间的三体碰撞产生激发的 (ArF)* 二聚体分子，该分子随后辐射弛豫并同时发射以 193 nm 为中心的强深紫外光子脉冲。这些紫外光子位于激光腔内的反射端镜之间，可诱导

 (ArF)* 的受激发射。这是负责准分子气体激光器作用的过程。激光物理学爱好者认为粒子数反转是激光作用的先决条件。激发态 (ArF)* 分子就是这种情况，因为高度排斥的亚稳态基态 (ArF) 会迅

速解离成未结合的氩和氟。这导致基态种群减少，同时 (ArF)* 准分子态的种群反转增加。

氖气在哪里出现？

它的作用是提高 (ArF)* 的形成速率，从而控制准分子激光器的整体效率。用例如氦气代替氖会降低激光器的性能，因此在 Ar-F 2准分子激光器中对氖的基本要求。不幸的是，由于激光器的极端工

作条件，高能离子和电子与激光器腔的相互作用将杂质引入到气态混合物中，导致激光器性能下降。这种污染问题需要将氩-氟-氖作为废物排放，大约每两周需要完全更换一次，或者需要复杂且昂

贵的气态混合物的纯化和回收。这是对价值5000亿美元的半导体行业的成本效益分析。

随着乌克兰战争的爆发，全球半导体供应链因其氖气生产设施的破坏和/或关闭而中断，氖气的市场价格受到震荡。主要半导体行业囤积的氖气被设想为一种权宜之计，可将芯片生产维持一两个月，

但此后的供应链情况仍有待观察，因为这将取决于乌克兰的局势和乌克兰的反应其他国家寻找替代来源和供应来应对氖气短缺。同时，从 2014 年克里米亚危机导致的氖气价格上涨 600% 来看，芯

片制造商、消费电子公司和投资者现在必须应对疫情和疫情双重影响造成的供应链混乱和成本波动。