稀土，指鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔等17種元素的總稱，即化學周期表中鑭系元素（La-Lu）與釔（Y）、鈧（Sc）的總稱。這類元素憑藉“微量加入即可顯著最佳化材料物理化學性能”的核心特性，在各產業中發揮“點石成金”的作用，因此被譽為“工業維生素”“工業味精”或“工業潤滑劑”。在技術密集型的半導體產業中，稀土更是支撐裝置精密化、材料高性能化與工藝先進化的關鍵基礎材料，其應用貫穿半導體製造全鏈條。01稀土元素在半導體裝置中的應用光刻機的晶圓台、掩模台需實現奈米級精度的高速運動，核心依賴無摩擦直線電機與磁懸浮系統，而這些系統的驅動力與強磁場均來自稀土永磁體，其中以釹鐵硼（NdFeB）永磁體為主。NdFeB永磁體主體由釹（Nd）、鐵、硼合金構成，為提升高溫穩定性（避免退磁），需摻入鏑（Dy）、鋱（Tb）調節居里溫度。據報導，單台EUV光刻機需搭載數十公斤NdFeB磁鋼，用於電機定子與轉子。釹是這種磁體的主成分，提供超高磁能積，而鏑和鋱作為輔料改善高溫穩定性。稀土磁體的應用使得光刻機能夠實現每小時百片以上晶圓的掃描速度，同時保持亞奈米定位精度。除晶圓台外，光刻機的對準系統、鏡頭調節機構、上下料機械手等元件，其無刷直流電機或音圈電機的核心部件同樣是稀土磁鋼。需注意的是，稀土在此環節的作用集中於裝置級支撐，不直接進入晶圓製造，但缺少稀土磁體將導致當代光刻裝置的精密運動功能完全失效。此外，離子注入機、刻蝕機的運動平台、渦輪分子泵電機等，也普遍採用NdFeB永磁體實現磁懸浮晶圓傳送、高速驅動，進一步體現稀土在裝置運動控制中的通用性。除了精密運動控制外，光源與光學元件也依賴稀土。EUV、深紫外光刻的主光源不依賴固體稀土介質，但晶圓定位、對準、檢測用的輔助雷射器，普遍採用釹摻雜釔鋁石榴石（Nd:YAG）晶體，其含有的Nd³⁺離子是高功率雷射增益介質，可輸出1.064μm雷射，經二倍頻後生成532nm可見光，或進一步轉化為355nm紫外光，滿足高精度檢測需求。前沿研究中，稀土還為下一代EUV光源提供潛力：美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）開發的“大孔徑銩（Tm）雷射器”，利用Tm³⁺離子產生～2μm雷射，與當前行業標準二氧化碳（CO2）雷射器相比可將EUV光源效率提高約10倍，為EUV光刻的成本降低提供可能。EUV/DUV光刻機的雷射系統需避免反射光損傷雷射器，核心解決方案是光學隔離器，其核心材料為鋱鎵石榴石（Tb₃Ga₅O₁₂，簡稱TGG）晶體。TGG中的鋱（Tb）元素具有強法拉第磁光效應，在強磁場中可旋轉光的偏振面，僅允許雷射單向通過，是保障深紫外雷射穩定性的不可替代元件。02稀土材料在半導體材料、耗材和試劑中的應用稀土在半導體材料中的應用，部分前沿方向仍處於研發階段，但已展現出關鍵價值。儘管當前主流光刻膠未直接摻雜稀土元素，但在EUV（極紫外）光刻膠的前沿研究中，已有探索採用含金屬簇（如含鉿、鋯等高原子序數元素）的光刻膠體系，以提升對13.5nm波長光的吸收效率。針對這一領域，有學者提出，可將含稀土元素的化合物納入光刻膠成分設計，借助稀土的f電子構型增強光吸收性能和化學放大效應。不過上述探索目前均處於試驗階段，尚未有含稀土成分的光刻膠實現大規模量產。此外，化學機械拋光（CMP）是晶圓平坦化的核心工藝，其研磨劑性能直接決定拋光效率與選擇性。在氧化矽（SiO₂）、淺溝隔離（STI）層的拋光中，二氧化鈰（CeO₂，俗稱“氧化鈰”）顆粒是主流選擇。在鹼性環境下，CeO₂表面的Ce³⁺/Ce⁴⁺可變價態可與SiO₂表面發生化學反應，生成易去除的鈰矽酸鹽，大幅提升材料去除速率；相比傳統二氧化矽、氧化鋁磨料“僅靠機械磨削”的方式，CeO₂對SiO₂的拋光選擇性更高，可高效去除氧化物層，且幾乎不侵蝕矽氮化物等周邊材料，因此成為STI CMP工藝的“標準研磨劑”。此外，銅/鎢金屬層的阻擋層拋光中，改性CeO₂漿料也有應用。高密度電漿刻蝕機在蝕刻SiO₂等介質時，會使用含氟、氯的強腐蝕性電漿體，若腔體部件直接接觸，易被侵蝕並縮短壽命。解決方案是在刻蝕機關鍵部件（腔體內襯、射頻天線蓋片、束流環等）表面塗覆氧化釔（Y₂O₃）或氟化釔（YF₃）陶瓷塗層：釔（Y）的氧化物化學穩定性極高，在氟電漿環境中可生成緻密的YF₃保護層，避免進一步被侵蝕；相比普通石英、氧化鋁陶瓷塗層，Y₂O₃塗層可將部件使用壽命延長數倍，因此主流刻蝕裝置廠商廣泛採用Y₂O₃塗層部件。雖單台裝置Y₂O₃用量僅以千克計，但全球刻蝕裝置保有量巨大，形成對高純Y₂O₃材料的持續需求。在5G射頻、磁性儲存等細分領域，稀土摻雜的濺射靶材是製備高性能薄膜的關鍵。比如，鋁鈧合金靶材可用於沉積鋁鈧氮（AlScN）薄膜，鈧（Sc）的摻雜可大幅提升氮化鋁（AlN）的壓電性能，而AlScN薄膜是5G射頻MEMS元件（如BAW濾波器）的核心材料；釹（Nd）、鐠（Pr）等靶材可用於濺射磁性儲存薄膜（如磁阻隨機存取儲存器MRAM的TbCoFe磁光層、SmCo基隧穿結），此外，鉺矽化物（ErSi₂）靶材在紅外光電器件中也有應用潛力。氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）基器件的傳統製備中，採用矽、藍寶石等異質襯底易因晶格常數差異、熱力學行為不協調產生大量缺陷，導致器件閾值電壓漂移、電流崩塌等可靠性問題。而六方晶系鋁酸鎂鈧（ScAlMgO₄，簡稱SCAM或SAM）襯底可解決這一痛點，原因在於其晶格常數、熱膨脹係數與GaN、ZnO高度匹配，能顯著抑制外延生長中的缺陷形成，為製備高品質GaN外延薄膜提供新路徑，為製備高品質GaN外延薄膜提供了新途徑。03稀土元素在先進製程工藝中的應用隨著電子技術向高性能、多功能、大容量、微型化方向發展，半導體晶片整合度越來越高，電晶體尺寸越來越小，傳統的二氧化矽（SiO₂）柵介質薄膜就會存在漏電甚至絕緣失效的問題，目前採用鉿、鋯及稀土改性的稀有金屬氧化物薄膜解決核心漏電問題。如果進一步降低線寬，則需採用更高介電常數的稀土柵介質材料。高k介質材料具有比傳統的SiO₂更高的介電常數（k值）。在實際應用中，行業以HfO₂作為高k介質主體，並通過摻入稀土元素（如鑭、釔）進一步最佳化性能。在高k/金屬柵（HKMG）工藝中，通過在HfO₂表面沉積數埃厚的氧化鑭（La₂O₃），再經高溫退火使鑭擴散至介質/矽介面，可產生介面偶極效應，有效降低MOSFET電晶體的閾值電壓，滿足先進製程對低功耗、高開關速度的需求。04稀土摻雜半導體材料稀土元素通過摻雜進入半導體材料，可利用稀土離子4f電子的特性製備半導體發光材料，同時利用稀土離子的化學活性提高半導體材料的純度、完整性，且其製備工藝與積體電路CMOS工藝相容，為矽基光電整合提供可能。稀土離子（如Eu³⁺）的4f電子具有豐富的能級躍遷，可產生窄頻寬、高色純度的特徵發光，因此被用於製備半導體發光材料。以氧化銪（Eu₂O₃）薄膜為例，Eu₂O₃具有優越的發光與催化性能，其4f能帶結構與ZnO、GaN等半導體的發光機理相似，可實現電致發光，且發光效率不受稀土離子濃度猝滅的限制；在矽片上外延生長Eu₂O₃薄膜，可解決GaN、ZnO與矽襯底工藝不相容的問題，使矽基Eu₂O₃電致發光器件能與CMOS工藝無縫整合，為矽基光電整合的光源環節提供解決方案。05稀磁半導體稀磁半導體（Diluted Magnetic Semiconductors，DMS）是通過在非磁性半導體中摻雜過渡金屬或稀土元素形成的新型材料，由於摻雜濃度較低，其磁性相對較弱，兼具電荷調控與自旋操縱特性，其分子式通常表示為A₁₋ₓMₓB，在自旋電子學領域具有應用潛力。主流摻雜元素包括過渡金屬銩（Tm）或稀土離子錸（Re），摻雜後材料可同時利用電子的電荷屬性與自旋屬性，在磁、磁光、磁電等方面表現出優異性能，可用於製備自旋電子器件，如高密度儲存器、高靈敏度探測器、磁感測器及光發射器。早期稀磁半導體的製備技術以分子束外延、金屬有機化學氣相沉積為主。06總結稀土元素憑藉其獨特的4f電子構型、高化學活性、優異的磁光熱電性能，已深度融入半導體產業從“裝置製造”（如光刻機運動控制）、“材料製備”（如CMP拋光劑、耐蝕塗層）到“先進工藝”（如高k介質最佳化）的全鏈條。無論是支撐EUV光刻的“奈米級精度”，還是推動5G射頻、自旋電子器件的“性能突破”，稀土均扮演著“不可替代的戰略材料”角色。隨著半導體技術的迭代，稀土在前沿領域（如稀磁半導體、矽基光電整合）的應用潛力將進一步釋放，其研發與供應保障對半導體產業的發展具有重要戰略意義。 (半導體產業縱橫)

中國新實施的出口許可制度加強了對關鍵稀土元素的出口控制，加劇了供應鏈風險。儘管海外正在湧現新的稀土生產線，但它們不會短時間內削弱中國的主導地位，全球市場的不確定性將持續。2025年4月4日，中國宣佈對部分稀土氧化物、合金和磁體出口實行新的許可制度。具體而言，新的出口許可證適用於17種稀土元素中的七種，且均為中重稀土：釤、釓、鋱、鏑、鑥、鈧和釔。新限制措施宣佈之初，外界認為這些是對美國總統川普幾天前加征關稅的直接報復。但這一體系的建立很可能已醞釀一段時間，其時間節點與川普的貿易戰有所不同。事實上，關於稀土貿易究竟發生了什麼以及未來的走向如何，仍然存在諸多疑點。或許最不為人所知的是，一種支撐全球各行業供應鏈的關鍵原料如今正面臨明顯的供應瓶頸。換句話說，如果沒有關鍵的稀土材料，從半導體到電動汽車、機器人、無人機、航空航天和國防等行業都可能陷入停滯。首先簡單介紹一下稀土元素。稀土其實並非特別稀有，它們常見於地殼中，也分佈於美國總統川普希望獲得的地區：格陵蘭島、烏克蘭、加拿大……但中國仍然是迄今為止最大的稀土礦產國，2024年的開採量超過27萬公噸。根據美國地質調查局的資料，這相當於當年全球稀土礦總產量的69%。美國佔比11%，位居第二，緬甸以8%的產量位居第三。▲加利福尼亞州芒廷帕斯礦。但制約因素並非採礦。在全球各地，包括澳大利亞、緬甸、越南和美國，越來越多的礦場逐漸被開發或者重新生產。例如，美國在2024年開採了4.5萬噸稀土，高於2023年的4.16萬噸。美國目前只有一座仍在開採的稀土礦，位於加利福尼亞州的芒廷帕斯（Mountain Pass）。從20世紀60年代到1995年，該礦供應了全球大部分的稀土元素。然而，隨著中國稀土產量飆升及其出口湧入全球市場，芒廷帕斯的這座礦廠在2002年關閉，直到2017年才在政府支援下恢復生產。儘管芒廷帕斯的稀土產量巨大，但中國仍然是其部分稀土精礦（尤其是重稀土）的目的地。美國經常將礦物前體運往中國進行加工，然後再作為零部件進口。目前，美國的加工廠可以處理輕稀土，尤其是釹和鐠（它們是最常用的稀土磁體製造材料）。儘管取得了進展，但美國重稀土的瓶頸因素依然存在。2023年以前，越南一家精煉廠的產量一直微乎其微。然而，這家中國境外的唯一一家精煉廠因稅收糾紛已經關閉，使得中國在重稀土加工領域佔據了壟斷地位，至少目前如此。日本改進了從廢舊電子產品中回收稀土元素的技術，但供應量仍然有限。在美國，芒廷帕斯礦的所有者MP Materials正在推進重稀土加工設施的建設。2020年以來已投資近10億美元，但目前仍無法加工重稀土。之前發佈的公告顯示，該公司計畫在2026年進行首次加工運行。▲萊納斯稀土公司在馬來西亞關丹的工廠。因此，最早出現的供應競爭者將是澳大利亞的萊納斯稀土公司（Lynas Rare Earths Corp.），該公司在馬來西亞關丹設有一家加工廠。2025年5月15日，萊納斯馬來西亞公司宣佈已開始首次生產分離重稀土，主要是氧化鏑。該工廠計畫於2025年6月開始生產鋱。鏑和鋱是製造高性能稀土磁體的關鍵成分，這些磁體可在高溫下工作，並用於各種先進電子裝置，包括微電容器。由於此類應用的需求在快速增長，即使面臨來自競爭對手的供應，中國仍將在未來數年保持主導地位。因此，中國之外的稀土磁體生產供應鏈仍將存在一個故障點。這凸顯了稀土價值鏈的另一個重要方面：根據美國商務部的資料，中國生產了全球90%以上的稀土永磁體。因此，中國可能停止重稀土氧化物的出口，進一步鞏固自己在全球稀土磁體生產中的主導地位。目前，中國境外的業內人士預計，如果不發放或者發放的許可證很少，夏季將出現出口短缺。路透社2025年5月中旬的一篇報導證實，中國已在發放含中重稀土磁鐵的出口許可證，其中包括頒發給至少四家磁鐵生產商的許可證，包括德國汽車製造商大眾的供應商。據報導，大眾曾就此向中國方面遊說，尋求幫助。迄今為止發放的許可證似乎僅適用於面向歐洲和越南客戶的供應商。根據在日內瓦達成的中美貿易戰90天緩和協議條款，中國表示將暫停或取消自4月2日起對美國實施的非關稅反制措施。一些分析認為，取消對七種重稀土元素的限制是美國談判代表的重點目標。儘管如此，雙方均未提及稀土元素何時開始流入美國。中國實施的稀土出口管制許可制度將保留，而且該制度適用於所有國家。不過，美國企業可能更容易獲得許可。據報導，埃隆·馬斯克表示，特斯拉已就其柯博文機器人的許可證問題與中國政府進行了談判。這更凸顯出中國實施出口許可制度後，稀土元素的瓶頸制約有多麼嚴重。中國幾乎控制了全球所有高科技產品的供應鏈，而西方工業國尤其容易受到衝擊。▲4月30日，美國財政部長貝森特與烏克蘭第一副總理、經濟部長斯維裡堅科簽署礦產協議。馬來西亞和美國的工廠預計將於2025年和2026年投入使用，但這不足以滿足全球需求。美國總統川普覬覦的格陵蘭和烏克蘭等地區的礦山和加工設施更是遙不可及。烏克蘭就是一個例子。在那裡開發礦山和建設精煉廠需要數年時間，而且每個稀土加工廠平均需要18年才能投入營運。稀土元素並非特別稀有，但分離它們卻極難。不同的稀土元素直徑相差只有幾分之一埃，因此很難用物理方法分離。比如，鏑難以尋覓，其英文名字dysprosium來源於希臘語“dysprositos”，意為“難以獲取”。隨著在馬來西亞和美國的競爭對手逐漸投產，中國的許可證制度將加強對全球供應的控制。由於瓶頸制約因素存在，一段漫長而充滿不確定性的時該就將到來。與此同時，這也提醒我們，在現代工業競爭裡，獲取資源可能遠比資源豐富本身更重要。 (中美聚焦)