Как выйти на мировой рынок поликремния? Для начала необходимо развернуть его производство. Аргументы эксперта Сергея Крамаренко, ведущего инженера горно-обогатительного и гидрометаллургического бюро ОАО «ММК им. Ильича».
КремнИевый оптимизм
Кремниевый оптимизм
Как выйти на мировой рынок поликремния?
Для начала необходимо развернуть его
производство. Аргументы эксперта Сергея
Крамаренко, ведущего инженера
горно-обогатительного и гидрометаллургического
бюро ОАО "ММК им. Ильича".
В журнале "Металл" №12, 2001г. была
опубликована статья Леонида Шпилевого "Без
спроса" о мрачных перспективах развития
производства полупроводниковых материалов в
Украине. Я долго ждал, что кто-нибудь из
специалистов откликнется на эту статью. Но этого
не произошло. Поэтому как бывший директор одного
из самых крупных производителей
полупроводникового кремния – Донецкого
химико-металлургического завода, пытавшийся в
свое время сохранить это производство, считаю
необходимым изложить свою позицию в части
настоящего и будущего развития отрасли
полупроводникового кремния.
Хочу отметить, что все примеры и цифры
(кроме цен на поликремний для солнечной
энергетики) взяты мной из обсуждаемой статьи. Я
только объяснял их со своих позиций. В целом в
обсуждаемой статье собрано и обработано
огромное количество информационного материала,
который может быть полезен, прежде всего,
производителям полупроводниковых материалов в
отработке стратегии и тактики их поведения на
этом специфичном и трудном рынке.
Сергей Крамаренко
Свое изложение начну с уточнения
формулировок. Полупроводниковые материалы – это
широкий класс химических элементов и их
соединений (кремний, германий, арсенид галия и
пр.). В частности, отечественный производитель
полупроводникового германия работал достаточно
стабильно даже в самые тяжелые времена экономики
Украины, работает и сейчас.
Полупроводниковый кремний также понятие
неоднозначное. Для его уточнения изложим
традиционные стадии изготовления этого
материала.
На первой стадии производят технический
кремний определенного качества. Затем из него
изготавливают трихлорсилан (SiHCl3), или сокращенно
ТХС. Из ТХС водородным восстановлением
производят поликристаллический кремний
полупроводниковой степени чистоты, но с хаотично
расположенными в пространстве кристаллами. Это
уже товарная продукция, которая включается в
термин "полупроводниковый кремний". На
следующей стадии хаотично расположенные в
пространстве кристаллы перестраивают в строго
определенном порядке, т.е. получают
монокристаллический кремний. Как правило, на
этой стадии его легируют для придания
определенных электротехнических свойств. Это
тоже полупроводниковый кремний, но более высокой
степени готовности. Из монокристаллов получают
кремниевые пластины, которые также чаще всего
относят к категории товара "полупроводниковый
кремний". А уже из пластин производят диоды,
транзисторы, интегральные схемы, фоторезисторы и
пр., что является деталями электронной техники.
Поэтому, говоря о рынке
полупроводникового кремния, нужно четко
разграничивать рынок поликристаллического
кремния, рынок монокристаллического кремния и
рынок пластин. Эти рынки взаимосвязаны, но
относительно независимы.
Взаимосвязь очевидна. Чем больше
требуется пластин, тем больше требуется, в
конечном счете, поликремния. Чем эффективнее
используется поликремний в производстве
монокристаллов (соответственно, монокристалл в
производстве пластин), тем меньше требуется
поликремния (соответственно, монокристалла).
Независимость рынков определяется
условиями вхождения на них производителя. Для
создания мощностей по производству
поликристаллического кремния нужны огромные
капитальные затраты, т.к. это производство
состоит не только из процесса восстановления, но
ряда других капитало- и энергоемких операций:
производства водорода, азота, холода, очистки ТХС
и т.п. Такое производство может поднять или очень
мощная фирма, или государство, каким был СССР.
Самыми капиталоемкими являются производства
трихлорсилана и поликристаллического кремния.
Производство монокристаллов таких огромных
затрат не требует. Экономисты называют это
эффектом масштаба. Поэтому цифры, приведенные
Л.Шпилевым, по затратам на организацию
производства каждого из видов
полупроводникового кремния не верны.
Потребность в поликремнии на
внутреннем рынке растет
В силу эффекта масштаба производителей
поликристаллического кремния во всем мире
немного и они действительно перерабатывают
основную массу поликремния в монокристалл и
пластины. Существуют крупные фирмы, например Wacker,
перерабатывающая более 60% своего поликремния в
продукцию более высокой степени готовности. Но
помимо них, на рынке работает большое количество
мелких фирм, производящих монокристаллический
кремний и пластины (или только монокремний) из
покупного сырья (предприятия, имеющие
производственный потенциал в 3-5 установок по
выращиванию монокристаллов или 1-2 станка резки
пластин). Такие фирмы существуют и в Украине.
Более того, их количество растет, а существующие
наращивают объемы производства. В качестве
примера приведу небольшое частное предприятие
"Графи-Сич", являющееся дочерним
предприятием российского предприятия
"Графи", арендующего установки по
выращиванию монокристаллов на Запорожском
титано-магниевом комбинате (ЗТМК). Эта фирма
закупает сырье в Германии, продает свою
продукцию туда же и намерена увеличивать объемы
производства при благоприятных экономических
условиях в Украине. Не думаю, что подобного рода
фирмы строили бы планы наращивания производства,
если бы рынок монокристаллического кремния был
закрыт.
По данным Л.Шпилевого, сейчас эти фирмы
плюс Светловодский завод чистых металлов (ЗЧМ)
выпускают в Украине около 20т
монокристаллического кремния в месяц. (По моим
данным, на 10т больше.)
Но возьмем в качестве отправной цифру
Л.Шпилевого. Для производства 20т
монокристаллического кремния нужно выпустить
поликристаллического кремния в количестве,
обеспечивающем 85-процентную загрузку самого
крупного производителя этого материала в СНГ –
Донецкого химико-металлургического завода
(ДХМЗ). Из этого следует, что потребность в
поликристаллическом кремнии в Украине есть, и
поэтому ситуация в плане наличия внутреннего
рынка не столь драматична для производителей
этого материала. Но монокристаллический кремний
и пластины из него потребляются за рубежом, а не
на внутреннем рынке. Поэтому я не собираюсь
оспаривать тезис Л.Шпилевого о том, что развитие
собственной электроники является важнейшим
условием оживления деятельности производителей
полупроводниковых материалов в Украине. Но даже
если допустить, что развития электроники в нашей
стране не будет (что, учитывая наличие закона о
развитии электроники, мало вероятно), то и в этом
случае потребность на внутреннем рынке Украины
для поликремния уже есть.
Потенциал конкурентоспособности у
украинских производителей
поликристаллического кремния
существует
Другое дело, каковы условия вхождения в
этот рынок. Очевидно, что это цена и качество. По
мнению Л.Шпилевого, мы не можем быть конкурентами
зарубежным производителям по данным параметрам.
С моей точки зрения, утверждение не бесспорно.
Еще в 1993г. фирма Motorolla взяла на
опробование у ДХМЗ три партии
поликристаллического кремния. После проведения
тестовых 10-месячных испытаний фирма сделала
заключение, что две из них соответствуют высшей
категории качества, а одна является
удовлетворительной. В 1996-1997гг. ДХМЗ осуществлял
регулярные поставки поликремния японской фирме
Toshiba без нареканий с ее стороны на качество. Во
времена СССР ДХМЗ также периодически поставлял
свою продукцию на зарубежный рынок без замечаний
по качеству. Другое дело, что ДХМЗ, как и другие
предприятия Союза, не имел методик контроля
качества и необходимого оборудования,
соответствующих международным стандартам. Но
это не является неразрешимой задачей.
Более значительной трудностью вхождения
в рынок по качественному показателю является
консерватизм потребителя. Работникам химической
промышленности известен факт, что при смене
поставщика какого-либо сырья, выпущенного по
одним и тем же техническим условиям, необходимо
перед запуском его в производство проводить
целую серию испытаний, включая промышленную.
Поэтому, если у потребителя продукции
поликремния есть выбор, то он старается
придерживаться одного и того же поставщика, даже
если цены на его продукцию выше, чем у
аналогичного, но мало известного производителя.
В связи с этим наличие ниши в рынке
поликремния, например в 300т, не означает
возможностей войти в эту нишу сразу на весь
объем. Вхождение, вероятнее всего, будет
начинаться маленьким ручейком, что в этот период
негативно отразится на экономике производителя
из-за малых объемов производства.
Рассмотрим теперь вопросы цены, которая,
в конечном итоге, определяется уровнем затрат.
Для этого воспользуемся тем же примером, который
приводит автор статьи "Без спроса", а именно,
пример Подольского химико-металлургического
завода (ПХМЗ). "Усилия специалистов ПХМЗ,
направленные на замену российского сырья
украинским тетрахлоридом кремния
Вольногорского ГМК, только частично решают
проблему", – пишет автор. Под этим
подразумевается проблема возобновления работы
производства поликристаллического кремния. Но,
независимо от позиции автора обсуждаемой статьи,
производство запущено. Специалисты этого
предприятия "не знают" о сложностях работы с
морально и физически устаревшим оборудованием,
"не знают" о проблемах качества и
себестоимости и поэтому наращивают объемы
своего производства поликристаллического и
монокристаллического кремния и пластин.
Мощности на ДХМЗ (вводились тремя
очередями с 1980 по 1987г.) по сравнению с аналогичным
производством ПХМЗ более современные, а при
использовании четыреххлористого кремния
применяются такие же технические приемы, как и на
ПХМЗ. Экспериментами и расчетами показано, что
эти мероприятия снижают себестоимость
поликристаллического кремния, что, в конечном
счете, позволило ПХМЗ возобновить производство.
Но, в отличие от ПХМЗ, ДХМЗ практически не имел
мощностей по переработке поликремния в
монокристаллы и пластины. Естественно, это
снижало его маневренность на рынке.
В то же время в Украине имеется
Светловодский ЗЧМ. Во времена СССР это был один
из современных и мощных переработчиков
поликристаллического кремния в продукцию более
высокой степени готовности, и перерабатывал он
около 80% поликристаллического кремния,
выпускавшегося ДХМЗ. Казалось бы, после распада
СССР достаточно найти форму объединения этих
предприятий, предоставить им некоторые льготы, и
был бы в Украине тот же ПХМЗ, но более
современный. Но ни руководители этих
предприятий, ни чиновники, стоящие над ними,
такой формы не нашли. Поэтому, если сравнивать
работающий в России ПХМЗ с несостоявшимся
объединением ДХМЗ – ЗЧМ, то приходится
констатировать, что отсутствие оживления в
отечественном производстве полупроводникового
кремния определяется не объективными условиями,
а субъективными факторами, такими, как
личностные качества руководителей этих
предприятий и государственных чиновников.
В свете сказанного не могу согласиться с
Л.Шпилевым в том, что: "Нынешнее состояние
отечественной полупроводниковой отрасли
является не результатом некомпетентного и
недальновидного руководства, а тем более чьей-то
злой воли, а объективным и логическим следствием
тенденций мирового развития, международного
разделения труда". Более того, считаю, что это
утверждение противоречит представлениям
рыночной экономики. Рынок является ареной борьбы
людей-производителей и людей-потребителей, и,
следовательно, победа достается сильнейшему. С
течением времени меняются правила борьбы,
приходят новые победители. Японские
производители автомобилей благодаря
компетентности и дальновидности руководства
(фирм, государства) сумели потеснить с
автомобильного рынка ведущих производителей
мира. Более того, они начали вытеснять
американские автомобили с американского же
рынка, французские – с французского и т.д. Почти
то же можно сказать о Южной Корее. Почему же мы не
можем вытеснить отечественными автомобилями
иностранные марки с отечественного рынка? Почему
мы не можем найти свою нишу в рынке
полупроводниковых материалов, имея промышленный
потенциал, которого пока нет и в Китае? Точнее,
как говорилось выше, ниша есть, нужно только
старание и умение в нее войти. В Украине не
нашлось сильных компетентных и дальновидных
лидеров, способных удержать производство
полупроводниковых материалов в период распада
СССР, чтобы уже сегодня достойно ввязаться в
борьбу почти на равных с ведущими фирмами мира.
Но думаю, что время еще не упущено. При этом хочу
внести уточнение: я говорю о производстве
полупроводникового кремния, а не о всей
полупроводниковой отрасли.
Возобновление производства
поликремния требует
от руководителей внедрения
нестандартных решений
В 1999г. ДХМЗ стал составляющей ОАО "ММК
им. Ильича" – структурным подразделением
"Химико-металлургическая фабрика ОАО "ММК
им. Ильича" (ХМФ) в полном соответствии с
тезисом автора обсуждаемой статьи:
"Характерно, что некоторые крупные
сталелитейные компании перешли в последнее
время к производству полупроводникового
кремния". Но в обсуждаемой статье этот факт не
отражен.
Руководство комбината неоднократно
выступало с соответствующими заявлениями о
целесообразности восстановления производства
бывшего ДХМЗ в ранее имевшемся ассортименте. Для
решения этих задач отрабатывается два
стратегических направления: самообеспечение
сырьем и изготовление кремниевой продукции
более высокой степени готовности. Под первое
направление создано специальное подразделение
(горно-обогатительное и гидрометаллургическое
бюро), второе направление прорабатывается
специалистами ХМФ. Приоритет при отработке этого
направления – солнечная энергетика. Выбор
определяется не только тем, что, по данным автора
обсуждаемой статьи, потребность в поликремнии
для солнечной энергетики к 2010г. может достичь
160-200 тыс.т в год, при условии, что удастся создать
технологию дешевого поликремния, но также и
потому, что это направление является важным для
Украины. Обосновывать важность не буду, т.к. она
очевидна.
Говоря о дешевом поликремнии, автор не
указал верхний допустимый уровень цены. По
имеющимся данным, сегодняшние производители
монокремния и пластин для солнечной энергетики
покупают сырье по цене 22-25 $/кг. В 1993-95 гг. эти цены
были на уровне $12-15. Отмечается, что источники
сырья по таким ценам становятся все менее
доступны. Подъем цен косвенно подтверждает это.
Теоретические расчеты показывают, что
при реализации первого направления стратегии,
избранной ММК им. Ильича, и внесении в
существующую технологию производства
поликремния некоторых изменений, указанный
уровень цен на ХМФ может быть достигнут. Для
проверки этих расчетов проводятся
научно-исследовательские работы.
Технология производства сырья для
поликремния (в соответствии с первым
стратегическим направлением) предусматривает
потенциальные возможности переработки отходов с
получением товарных видов продукции, о которых
говорит автор: кварц, световоды, аэросил и т.п.
Большинство из этих технологий либо имеют
промышленный аналог в Украине, либо
научно-технический задел, позволяющий быть
уверенным в их успешной промышленной реализации.
Это также, как правильно говорит Л.Шпилевой,
будет способствовать снижению затрат в
производстве поликремния.
В свете приведенных выше цифр по
прогнозам потребностей в поликремнии резервы
мощностей у ведущих производителей мира, в том
числе мощности Красноярского завода, о которых
говорит автор, смотрятся не столь ужасающе для
отечественного производителя. Мощности
Красноярска не покроют потребностей России, если
прогнозы потребностей верны, а ближайший и
хорошо знакомый россиянам производитель
полупроводникового кремния – мы. И уж если
россиянам очень захочется иметь дополнительные
мощности, то, думаю, им проще не строить что-то у
себя, а пойти проторенным путем (Запорожский
алюминиевый комбинат, Николаевский глиноземный
завод, ряд нефтеперерабатывающих заводов и т.д.).
Более того, не следует обольщаться в отношении
Красноярского комплекса в части получения
дешевого кремния, т.к. в основе его технологии
заложен "Simens" процесс и др. решения, которые,
по мнению специалистов, исчерпали свои
возможности в плане значительного улучшения
технико-экономических показателей.
Хочу отметить еще один момент,
относящийся к рынку полупроводникового кремния.
В обсуждаемой статье (и не только в ней)
проводятся резкие разграничения:
полупроводниковый кремний для электроники и
полупроводниковый кремний для солнечной
энергетики. На мой взгляд, с точки зрения
производителя в таком разграничении смысла нет.
И то, и другое есть полупроводниковый кремний,
получаемый пока во всем мире примерно одними и
теми же технологическими приемами, и других
приемов еще нет. Другое дело, что возникла
относительно новая и интенсивно развивающаяся
область применения полупроводникового кремния,
которая выдвигает сугубо свои специфические
требования к этому материалу. Одно из таких
требований – низкая (но все-таки какая-то) цена
при более низком качестве, т.к. этот показатель
определяет, в конечном итоге, стоимость
полученной электроэнергии. Это требование
интенсифицировало поиск путей удешевления
данного материала. Поиск идет как в направлении
удешевления выпуска полупроводникового кремния
по всем стадиям традиционной технологии, так и в
разработке принципиально новых, отличных от
традиционной, технологий. Но полагаю, что если
удастся получить дешевый и качественный
полупроводниковый кремний каким-либо из
направлений, то потребители от электроники не
откажутся от такого материала только потому, что
он разрабатывался для солнечной энергетики.