第二品种型包罗美国本土供应充脚但从投资报答率角度来看经济上存正在挑和的材料。此中一个例子就是大气体，如二氧化碳、氮气、氢气、氦气或氩气，它们正在整个半导体系体例制过程中都至关主要（例如惰性载气）。制制过程中需要大量、持续的这些气体。从汗青上看，半导体晶圆厂会取供应商合做，正在现场或附近建制大气体出产设备，以便将这些气体间接输送到晶圆厂工艺中。正在晶圆厂附近建制出产设备需要大量的本钱收入，若是不间接输送这些材料，它们可能仍会晤对昂扬的运输成本。领先的出产商已颁布发表正在亚利桑那州扶植大气体产能，以支撑该地域已颁布发表的晶圆厂。但可能需要继续扶植共置散拆气体设备以支撑晶圆厂的出产。

　　为了确保这些主要材料的供应，企业能够考虑采纳几个步调，包罗签定商业和谈、开辟和确保环节原材料的获取来历，以及勤奋缩小美国出产的投资和运营成本差距。化学品供应商能够考虑插手全球合做伙伴关系和合伙企业以获取环节手艺，评估上逛供应链步调中存正在高中缀风险的替代方案，并正在将来供应的投资决策中愈加强调弹性风险。晶圆厂能够按照现实来对待其弹性风险，并积极开辟更普遍、更具弹性的供应选择根本，为晶圆厂和供应商带来持久可持续的经济效益。整个链条上的参取者能够取手艺所有者合做，正在扶植和扩大产能的同时获得主要的学问产权。对半导体材料的投资价值可能会对美国甚至全球发生深远影响。成立有弹性的半导体材料供应是成立规模化美国本土半导体财产和确保获得 21 世纪最环节手艺之一的勤奋的主要构成部门。

　　正在第四品种型中，一些化学物质的出产遭到间接。例如，很多氯氟烃和氢氟烃，如六氟丁二烯、四氟甲烷和氟甲烷，都遭到管制，以地球的臭氧层。因而，跟着美国逐渐裁减氟碳化合物出产以人类健康和，氟化气体设备和手艺的全体可及性估计将遭到。虽然半导体出产中存正在氟碳化合物的替代品，例如利用 HF 进行 NAND 设备的低温蚀刻，正正在开辟中，能够处理原材料挑和，但手艺成熟度和采费用仍处于起步阶段。此外，仍需要投资来降服本钱和持续的出产成本挑和。

　　前端半导体系体例制（制制晶圆）需要正在数周或数月内不变供应 100 多种化学品和材料，任何一种化学品和材料的缺失都可能严沉延迟或整个过程。以及该行业到 2030 年扩大供应的能力，以评估美国半导体供应链的稳健性。按照目前的投资轨迹，估计到 2030 年，美国将面对很多材料的严沉供应缺口，约 60% 的材料供应链依赖进口。

　　多元化的化学品供应链能够支撑美国半导体系体例制业和整个美国经济，而不会对全体制形成本发生很大影响。麦肯锡阐发显示，半导体工场的成本次要由劳动力、和折旧等固定成本（占成本的 60% 以上）驱动，而原材料仅占总成本的一小部门（不到 5%）。这意味着连结供应链不变性和最大限度地削减出产中缀是工场获得可不雅投资报答的环节要素。

　　正在第六品种型中，环节学问产权或原材料供应（或两者兼而有之）了美国本土供应。一个典型例子是铈基 CMP 浆料，此中一种环节原材料是高纯度二氧化铈颗粒。美国出产了全球约 15% 的铈矿石，下逛的制粒和夹杂能力也已普遍普及。然而，分手和净化这些矿石的手艺次要位于中国，这使得运输成为价值链中的环节瓶颈。为了正在美国实现规模化，手艺所有者能够取晶圆厂合做，成立更具弹性的当地供应链，进一步降低运输成本和取运输化学品相关的平安问题。

　　另一个例子是六氟化钨，其原材料凡是难以获得。中国和俄罗斯出产了全球 90% 以上的钨，而半导体系体例制业对钨的需求远远跨越目前其他地域的钨产量。因而，任何钨出口中缀或都将对美国半导体系体例制业的供应形成严沉挑和。

　　然而，仅仅扶植制制能力并不克不及完全满脚对化学品和材料投入的需求。半导体系体例制所需的 100 多种化学品和材猜中，有些需要具有超高纯度（纯度达到万亿分之一），或者需要切确配制特定投入。例如，纯度为六个九（6N，跨越 99。9999%）的六氟化钨气体用于堆积薄层钨，而超高纯度的氟化氢 (HF) 用于蚀刻二氧化硅。因为很多化学品和材料都是高度专业化的，没有替代品或替代品，任何一种化学品的供应中缀都可能使整个芯片制制过程陷入停畅。美国依赖进口大部门半导体出产所需的材料。例如，从汗青上看，这种对集中供应链的依赖可能会对半导体芯片供应的弹性和靠得住性形成。因而，估计将来供应链将愈加区域化，包罗欧洲和亚洲。

　　第七类类型包罗具有充脚美国本土学问产权或原材料供应（或两者兼有）但正在美国以外也具有更具吸引力的经济效益的材料，例如用于光刻的底部和顶部抗反射涂层。对于这些材料，美国公司具有出产手艺和学问产权，但因为运营成本较低，正在其他地域成立产能更具吸引力。

　　此外，估计到 2030 年将呈现资金缺口。阐发估量，可能需要一次性投资 90 亿美元才能跟上美国半导体系体例制产能扶植的速度。此中，约 50 亿美元可能由美国领先企业出资，留下 40 亿美元的资金缺口。此外，估计每年需要持续 10 亿美元的运营收入来抵消美国相对于其他地域更高的运营成本。

　　正在第一种也是美国本土束缚起码的类型中，成本和原材料及手艺的获取都不是确保供应的要素。一个例子是用于晶圆抛光的化学机械抛光 (CMP) 垫，这些垫凡是由美国普遍获得的低成本投入制成。准确配制此类材料需要大量手艺学问，而低成当地域的公司无法普遍获得这些材料，这添加了美国美国本土供应的平安性。

　　本文深切切磋了美国的环境，虽然其他地域也会呈现雷同的动态和成果。阐发显示，可能需要投资约 90 亿美元的一次性本钱收入来填补材料缺口并跟上美国半导体系体例制产能扶植的程序。这将是成立区域性的环节构成部门，但需要留意的是，前端半导体系体例制的材料只是更广漠图景的一部门。学问产权 (IP)、设备、上逛原材料和后端封拆价值链等范畴将需方法先公司、手艺所有者、政策制定者等之间的雷同投资和合做。

　　现在，全球多个地域都正在寻求成立具有弹性、靠得住且根基自给自脚的半导体供应源。美国也不破例，截至 2024 年，美国已颁布发表对半导体系体例制产能的投资将跨越 4500 亿美元。跟着国度扶植现有的半导体系体例制厂（晶圆厂）并破土动工扶植新厂，还需要考虑另一个同样主要的要素：用于出产这些芯片的材料和化学品。

　　当今很多最主要的消费和工业手艺（包罗快速增加的人工智能使用）都依赖于半导体。扩大这些主要行业的规模需要添加半导体的数量。因而，据估量，到 2030 年，美国全体半导体市场规模将达到 1400 亿美元以上，比 2024 年的 680 亿美元增加一倍以上（图 1）。因为对半导体的需求，估计到 2030 年，相关化学品和材料的需求将增加两倍以上，从目前的 40 亿美元增加到约 130 亿美元（30 亿美元来自美国本土供应，10 亿美元来自进口）。

　　得益于这一增加，估计到 2032 年美国将占全球先辈节点（小于 10 纳米）半导体系体例制产能的 30% 摆布。这可能包罗全国范畴内的投资，正如十多个州新颁布发表的产能一样。此中一些项目曾经起头出产。例如，位于亚利桑那州的半导体系体例制公司工场将于 2025 年起头出产 4 纳米节点芯片，初始产量取现有成熟工场相当。

　　填补化学品供应缺口对于正在美国成立靠得住的半导体来历至关主要。雷同的勤奋对于世界和地域也很主要，由于它们但愿成立这些计谋资产的弹性当地供应。

　　为了支撑这种需求的增加，美国推出了各类激励办法，以刺激私家对美国本土晶圆厂的投资，包罗补帮金、税收抵免和贷款。近年来，投资也呈现了繁荣：自 2022 年以来，28 个州已颁布发表了 17 个项目，总私家投资额跨越 4500 亿美元，同时还获得了 325 亿美元的间接补帮金和 288 亿美元的贷款。

　　从目前的美国本土供应环境来看，麦肯锡估量，半导体系体例制所需的约 60% 的材料和化学品目前正在美国本土供应不脚，无法支撑美国半导体出产的扩大（图 2）。

　　第五品种型的特点是学问产权和原材料获取坚苦，包罗获取时间和成本添加，或者底子无法获得。高纯度钽溅射靶就是一个例子，它面对着采购坚苦和出产时间长的问题。刚果国和卢旺达出产了全球 60% 以上的钽矿石，这些金属凡是被运往中国、欧洲和日本进行精辟和净化，以出产出高纯度金属。颠末漫长而复杂的出产过程，这些高纯度金属随后被退火并加工成溅射靶材。

　　第三类是学问产权和原材料容易获得但经济性最差的化学品。这类化学品的典型例子包罗高纯氢氟酸和三氟化氮。高纯氢氟酸是通过净化和稀释无水氢氟酸出产的，无水氢氟酸由萤石和硫酸反映生成。萤石和硫酸正在全球都有供应，包罗，但中国的一体化程度和规模更大，出产了全球 70% 以上的无水氢氟酸和萤石，从而占领最低成当地位。韩国、日本和的次要供应商操纵低成本无水氢氟酸供应，正在高纯度氢氟酸供应方面占领领先地位，美国依托进口高纯度氢氟酸来支撑其本人的半导体工场。因为无水氢氟酸成本晦气，以及建制和运营氢氟酸净化厂的本钱和劳动力成本昂扬，成立美国本土高纯度氢氟酸出产能力面对挑和。三氟化氮需要高纯度氨和无水氢氟酸做为原材料，这些材料正在其他地域到处可见，但成本较低。