美國晶片，被卡脖子了
最近，美國兩家公司因釔（Yttrium）與鈧（Scandium）庫存耗盡而拒絕訂單的消息不脛而走，這不僅是一個原材料短缺的訊號，更是全球半導體產業從“軟硬博弈”轉向“物理資源博弈”的轉折點。釔和鈧都不屬於大宗金屬，也不直接構成電晶體溝道或互連層。但它們卻深嵌在兩個對美國半導體至關重要的環節：釔主要在先進製造裝置的可靠性與潔淨度，鈧則是高端射頻濾波器的性能天花板。
中國海關資料顯示，在自2025年4月4日之後的八個月裡，僅有17噸釔產品出口到美國，而此前八個月的出口量為 333 噸。由於供應受限，釔的價格大幅飆升。根據路透社的報導，自去年11月以來，釔的價格已飆升60%，目前約為去年同期的69倍。
釔和鈧，“產業維生素”
在元素周期表中，釔（Y）和鈧（Scandium）雖然不像矽（Si）那樣是主角，也不像鎵（Ga）那樣在第三代半導體中聲名顯赫，但它們卻是不可或缺的“產業維生素”。
首先來看下釔，釔在半導體製造中的核心應用並非直接作為電路材料，而是作為生產環境的保護者。
在先進製程的生產過程中，干法刻蝕腔體內長期存在高能電漿體與強腐蝕氣體體系，腔體材料一旦被腐蝕或剝落，會轉化為顆粒與金屬污染，直接反噬良率與穩定性。因此，氧化釔（Y2O3）以及釔系塗層在行業裡常被用於刻蝕腔體的“防護層”——包括腔體內襯、工藝套件、甚至與晶圓距離很近的部件（如靜電吸盤等元件相關結構），目的就是提高抗電漿體侵蝕能力、降低污染。釔系塗層是刻蝕腔體抵禦腐蝕、抑制顆粒污染的關鍵方案之一；一旦供應受限，將通過維護周期縮短、備件更換頻次上升與良率波動，間接影響先進產線的穩定性。
此外，釔鋇銅氧（YBCO）是著名的高溫超導材料。隨著超導相關產業（含高端磁體/部份量子與低溫工程配套等）發展，釔的供應波動會在更廣泛的高端製造領域放大不確定性
鈧真正的產業價值，很多時候不是以金屬或合金的形式出現，而是以材料體系的摻雜元素出現。最典型的就是 ScAlN/AlScN（鈧摻雜氮化鋁）：它能提升壓電性能，使其在射頻聲學器件（濾波器/諧振器）以及部分MEMS感測/驅動器件上更具優勢。
目前，射頻器件BAW濾波器通常採用氮化鋁（AlN）壓電諧振元件。與氧化鋅（ZnO）或鋯鈦酸鉛（PZT）等其他候選材料相比，AlN 的優勢在於其具備 CMOS相容性。然而，AlN 是一種壓電性能相對較差、耦合係數較低的材料。研究表明，在 AlN 中摻雜鈧（Sc）可以顯著提高壓電性能。據材料公司Materion的資料，在 AlN 中摻入 Sc 的上限已證實為 43 at%（原子百分比），因為在更高濃度下，AlScN 的晶格會從 AlN 的六方纖鋅礦結構轉變為 ScN 的立方岩鹽結構，從而失去壓電特性。因此，Sc 含量接近 43 at% 的 AlScN 表現出最大的壓電響應。已發表的研究顯示，摻雜 35 at% Sc 的 AlN 可將壓電性能提高到 15.5%，是純AlN 的2.6 倍。
這種性能提升是下一代射頻濾波器的核心，因為它允許設計人員建立比 AlN 濾波器功耗更低的 BAW 器件（從而延長手機或平板電腦的電池壽命）。它還有助於設計尺寸更小的器件（便於製造更薄、更輕的裝置），並實現高“帶外衰減”（減少串擾）。此外，摻雜 35 at% Sc 可將最大相對頻寬從 2.4% 提高到 7.0%。與鈧摻雜相關的相對頻寬增加，將允許有效利用為 5G 開放的更寬頻寬。
例如在Qorvo的 5G BAW 白皮書也明確把 Scandium-doped AlN piezo layers 作為提升頻寬、應對 5G 的關鍵做法，並指出製造難度會更高。
因此，若鈧供應受限，首先受影響的往往是高規格器件的匯入節奏與量產爬坡。
而且，鈧鋁合金具有極高的強度和耐熱性。在衛星載荷和高超音速飛行器的感測器封裝中，鈧是保證精密電子元器件在極端環境下不失效的核心。
此外，德國基爾大學（University of Kiel）與弗勞恩霍夫矽技術研究所（Fraunhofer ISIT）研究發現，氮化鋁鈧合金（AlScN）表現出鐵電行為。研究團隊評論道：“鐵電翻轉（ferroelectric switching）使我們首次能夠直接通過實驗證據觀察到基於 AlN 材料的自發極化翻轉，並證實與多數以往理論論文相反，它的極化值可以達到超過 100 µC/cm²。”
鐵電性是開發下一代非易失性儲存晶片的最佳候選材料之一。鈧的稀缺，直接鎖死了美國在儲存晶片賽道實現“彎道超車”的物理路徑。
對產業的衝擊
目前，材料短缺已經引發了美國工業界的“搶料大戰”。
北美塗層巨頭已開始對客戶進行等級劃分。由於庫存捉襟見肘，目前已有至少兩家北美塗層製造公司因釔庫存枯竭被迫暫時停產。其中一家公司已開始推行“原材料配給制”，並明確拒絕了海外及小型客戶的訂單，將極其有限的庫存優先留給波音、通用電氣（GE）等關鍵引擎製造商。
刻蝕是幾乎所有先進與主流工藝的基礎步驟，釔問題對美國本土晶圓擴張計畫（CHIPS Act）是隱性風險。美國建廠可以補貼裝置和產能，但裝置材料與備件體系無法靠補貼瞬間複製。
SemiAnalysis首席執行長迪倫·帕特爾警告稱，目前鈧的庫存可能只能維持數月而非數年，如果補貨停滯，將增加 5G 晶片生產中斷的風險。
為了對衝風險，路透社2月初報導，美國啟動名為Project Vault的關鍵礦產戰略儲備計畫，規模約120億美元（含 EXIM 銀行融資與私人資本），目標是為關鍵礦產提供緩衝庫存與價格/供應穩定機制。
在鈧這個極小市場上，美國國防後勤局（DLA）甚至提出要在數年內採購相當體量的鈧氧化物納入國防儲備。路透社在 2025 年 9 月的報導提到，DLA 計畫在 5 年內採購約 6.4 噸鈧氧化物，首年接近 2 噸，但這在短期內無疑是杯水車薪。
在開採方面，釔通常作為開採重稀土的副產品出現，而鈧的供應瓶頸更為嚴峻，鈧多來自鈦白粉生產過程中的廢液回收。全球年產量估計僅為數十噸，美國國內幾乎沒有實際產量。中國仍然是主要的商業供應國。美國雖然擁有礦山，但缺乏大規模、高純度的提煉設施。半導體級（5N/6N 純度）的釔、鈧提煉工藝極其複雜且具有環境污染風險，這種長期“去工業化”的後果正在逐漸爆發。
稀土：從自然餽贈到大國重器
材料學科的產業化周期通常以“十年”為單位。中國在釔（Y）和鈧（Sc）材料上的領先，早已超越了簡單的“家裡有礦”，而是形成了一套極其深厚的精煉技術壁壘。
在自然界中，釔和鈧總是與其他稀土元素“伴生”在一起。它們的化學性質極度相似，就像在幾萬顆形狀、顏色幾乎相同的豆子裡，精準剔除出那幾顆壞豆子。
中國在稀土領域大規模應用了串聯萃取理論（由徐光憲院士奠定基礎）。這套演算法能通過成百上千級的萃取槽，實現 5N（99.999%）甚至 6N 等級的超高純度。
半導體級材料對雜質的容忍度是以 ppb（十億分之一） 計的。美國目前的提煉設施多停留在工業級（3N/4N），要跨越到 5N 級，不僅需要重新建設複雜的化學產線，更需要數十年積累的動態配比參數——這些參數是各精煉廠的“黑盒”核心機密。
鈧（Scandium）在自然界極其分散，極少有富礦。全球 60% 以上的鈧產自中國，其核心壁壘在於工業副產品的閉環回收技術。中國是全球最大的鈦白粉和鋁生產國。中國攻克了從鈦白粉生產過程中的強酸廢液中，利用特殊萃取劑低成本提取微量鈧的技術。如果不依賴成熟的重工業產業鏈（如鈦、鋁工業），單獨開採鈧礦的成本將高到無法商用。美國缺乏這種龐大的工業配套體系，導致其即便想重建供應鏈，也面臨嚴重的“經濟性缺失”。
精煉出高純度氧化物只是第一步，要送進英特爾或台積電的廠房，還需要將其加工成濺射靶材（Sputtering Target）或精密陶瓷件。以 AlScN（氮化鋁鈧）薄膜為例，其濺射靶材要求鋁鈧成分高度均勻，同時氧、氮等氣體雜質含量極低，否則將直接影響薄膜的壓電性能與可靠性。
在這一領域，國內企業已形成“真空感應熔煉 + 粉末冶金”組合工藝體系，能夠穩定產出大尺寸、高均勻度、低雜質的鋁鈧合金靶材。這類能力並非單一裝置突破，而是對冶金控制、粉體分散、燒結緻密化與真空控制的綜合把握。
中國在稀土領域的這種“全產業鏈進化”，正成為全球半導體價值鏈中無法繞開的一環。
結語
長期以來，矽谷習慣了在軟體與架構的高地指點江山，卻忽略了支撐起這些摩天大樓的，還有這些深埋在泥土中的稀有元素。釔鈧之困，不僅是美系半導體巨頭的一柄利劍，更是對全球半導體供應鏈脆性的一場拷問。 (半導體行業觀察)