? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? “美國(guó)最重要的優(yōu)勢(shì)正受制于人”兩位年輕學(xué)者的思考

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2022-05-19? ?青野云麓

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2022-05-19 來(lái)源：文化縱橫譯 作者：Shubham Dwivedi、Gr egory D. Wisc her?

把中國(guó)塑造成對(duì)手，進(jìn)而推動(dòng)國(guó)內(nèi)政策議程，已成為美國(guó)精英群體的一個(gè)流行做法。2022年以來(lái)，在拜登政府力推下，美國(guó)眾議院公布《2022年美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)法案》，以中國(guó)主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象，計(jì)劃推出520億美元的芯片投資。

本文指出，這一芯片法案偏重芯片的研發(fā)和增產(chǎn)，卻嚴(yán)重忽略關(guān)鍵原材料的供應(yīng)問(wèn)題。作者以中國(guó)稀土為例，強(qiáng)調(diào)美國(guó)芯片制造所需的原材料，幾乎完全依賴東亞，這對(duì)美國(guó)意味著極大的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)和地緣政治風(fēng)險(xiǎn)。由于這些關(guān)鍵原材料尚無(wú)替代品，其產(chǎn)能一旦過(guò)分集中，將增加美國(guó)原材料供應(yīng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。作者尤其指出，中國(guó)既在芯片制造領(lǐng)域與美競(jìng)爭(zhēng)，又是礦產(chǎn)、電子特氣等一些關(guān)鍵材料的主供應(yīng)商，而且未來(lái)還將擴(kuò)大產(chǎn)能。這使博弈形勢(shì)更加復(fù)雜。他分析，美國(guó)也想擴(kuò)大關(guān)鍵原材料的本土產(chǎn)能，但要解決這個(gè)問(wèn)題并不容易。美國(guó)勞動(dòng)力成本更高，原材料生產(chǎn)的啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且芯片制造廠為了避免原材料出現(xiàn)雜質(zhì)，通常不愿更換新供應(yīng)商。而原材料生產(chǎn)還面臨環(huán)保壓力。這些因素都促使美國(guó)本土廠商更傾向于海外采購(gòu)。盡管挑戰(zhàn)重重，作者仍呼吁美國(guó)政府必須實(shí)質(zhì)性激勵(lì)等措施，來(lái)發(fā)展原材料的本土生產(chǎn)，這不僅關(guān)乎美國(guó)半導(dǎo)體制造業(yè)，還關(guān)乎美國(guó)的國(guó)家安全。

總的來(lái)說(shuō)，這篇文章的寫(xiě)作思路并無(wú)新意，依然沒(méi)有跳出借中國(guó)來(lái)推動(dòng)美國(guó)國(guó)內(nèi)政策目標(biāo)的慣性思維。但文章對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)和對(duì)關(guān)鍵原材料供需格局的分析，或許能為我們思考相關(guān)問(wèn)題提供線索。文章原載National Interest，原題為《關(guān)鍵原材料事關(guān)美國(guó)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的成敗》，由文化縱橫新媒體編譯首發(fā)，僅代表作者觀點(diǎn)，供讀者參考。

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關(guān)鍵原材料事關(guān)

美國(guó)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的成敗

世界上最先進(jìn)的半導(dǎo)體——先進(jìn)制程邏輯芯片——是人工智能、量子計(jì)算、機(jī)器人以及先進(jìn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等新興“必爭(zhēng)”技術(shù)的基礎(chǔ)。這些技術(shù)在維護(hù)美國(guó)國(guó)家安全方面有著巨大潛力，這一點(diǎn)毋需說(shuō)明。然而美國(guó)芯片制造所需的原材料，幾乎完全依賴東亞，這對(duì)美國(guó)意味著極高的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)和地緣政治風(fēng)險(xiǎn)。雖然美國(guó)政府通過(guò)芯片法案，試圖向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)注入520億美元并解決芯片供應(yīng)的各種薄弱環(huán)節(jié)，卻忽略了半導(dǎo)體制造所必需的礦產(chǎn)、工業(yè)氣體、化學(xué)制劑等關(guān)鍵原材料的重要性。

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▍關(guān)鍵原材料為何重要？

要制造先進(jìn)制程邏輯芯片，至少需要三百多種原材料，礦產(chǎn)、工業(yè)氣體和化學(xué)品在數(shù)量上僅占很小一部分，卻有著舉足輕重的作用。美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)此有著更為直接的說(shuō)法，“這些關(guān)鍵原材料在多數(shù)情況下尚無(wú)替代品，因此安全且持續(xù)的材料供應(yīng)，對(duì)半導(dǎo)體生產(chǎn)至關(guān)重要?！眹?guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SEMI）對(duì)原材料市場(chǎng)的評(píng)估高達(dá)404億美元。該協(xié)會(huì)指出，鑒于芯片需求猛增，原材料需求也隨之增加，這一數(shù)字勢(shì)必?cái)U(kuò)大。

目前，中國(guó)供應(yīng)全球半導(dǎo)體市場(chǎng)13%的原材料，而東亞其他地區(qū)占比約57%，美國(guó)占11%。考慮到市場(chǎng)和地緣政治風(fēng)險(xiǎn)，這種壓倒性的集中，使得美國(guó)原材料供應(yīng)被中斷的可能性大增。由于芯片需求猛增，原材料供應(yīng)商面臨增產(chǎn)壓力，同時(shí)也面臨被制造商搶奪的局面。因此即便原材料按計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)，也不足以滿足未來(lái)全球?qū)﹃P(guān)鍵原材料的需求。同時(shí)中國(guó)的情況也使事情變得復(fù)雜：中國(guó)既在芯片制造領(lǐng)域與美競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)又是一些關(guān)鍵材料的主要供應(yīng)商。正如美國(guó)安全和新興技術(shù)中心所警告的那樣：“中國(guó)公司是原材料的主要供應(yīng)商，而美國(guó)原材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能不足?！?/span>

中國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)、歐盟和美國(guó)都試圖提升原材料產(chǎn)能。例如，2019年韓國(guó)宣布對(duì)原材料、組件和設(shè)備投資50億美元。與此同時(shí)，中國(guó)主要原材料生產(chǎn)商，比如科華微電子材料公司，也在積極擴(kuò)大業(yè)務(wù)和在美銷售。

但是美國(guó)，相較之下，在解決這個(gè)問(wèn)題上面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。美國(guó)的勞動(dòng)力成本相比外國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高 50%，而原材料生產(chǎn)的啟動(dòng)需要2-15年不等。更令美國(guó)擔(dān)憂的是，原材料的生產(chǎn)，面臨雜質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，這使得先進(jìn)芯片制造廠通常不愿更換新的供應(yīng)商。

因此，任何提升美國(guó)國(guó)內(nèi)原材料產(chǎn)能的舉措，都必須包括政府實(shí)質(zhì)性的激勵(lì)措施。

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▍礦產(chǎn)：中國(guó)掌控著重要份額

礦產(chǎn)對(duì)于半導(dǎo)體制造的重要性不言而喻。其中最常用的是硅和砷化鎵。單晶硅一直是基礎(chǔ)半導(dǎo)體原材料，但化合物砷化鎵因其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特性，正越來(lái)越多地取代硅。其他相關(guān)礦物，如稀土元素和鈷，也扮演著關(guān)鍵角色。而芯片的擴(kuò)產(chǎn)，導(dǎo)致這些礦物的需求水漲船高。例如，僅在2019年至2020年間，鈷的需求就增長(zhǎng)近30% 。從工藝制造的角度看，新型化合物是提高半導(dǎo)體器件性能和可靠性的必要條件，而新型化合物的商業(yè)化也促進(jìn)了市場(chǎng)對(duì)其他礦物原料的需求。

多重壓力之下，礦物供應(yīng)鏈已變得緊張起來(lái)。后疫情時(shí)代的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，推動(dòng)各個(gè)行業(yè)對(duì)礦物原料的需求，致使這些原料的生產(chǎn)成本和交貨時(shí)間激增。自2020年初以來(lái)，釕和銥等原料需求增長(zhǎng)近三倍，銅、鈷和鋁的價(jià)格也一路飆升。大量原材料工程受新冠疫情影響而被迫停產(chǎn)，也是促成全球供應(yīng)鏈緊張的原因之一。就在2021年，受中國(guó)硅原料減產(chǎn)影響，從8月到12月，硅價(jià)格上漲了300%。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，任何類似的生產(chǎn)中斷都可能導(dǎo)致價(jià)值數(shù)億美元的重大損失。由此可見(jiàn)，對(duì)于當(dāng)下需求量暴增的電動(dòng)汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，如果這種供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)存在，對(duì)可再生能源技術(shù)的影響必然十分嚴(yán)峻。

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從另一角度來(lái)看，美國(guó)所依賴的外國(guó)礦產(chǎn)資源來(lái)源相對(duì)單一， 這也是美國(guó)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的危險(xiǎn)之一。2018年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局將35種礦物列為“對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全至關(guān)重要的礦物資源”。其中30種礦物直接影響半導(dǎo)體制造，其中23種礦物的美國(guó)進(jìn)口依存度超過(guò)75%，其中 12 種對(duì)中國(guó)的進(jìn)口依存度為100%。截至2021 年，中國(guó)生產(chǎn)了全球60%的稀土資源，而美國(guó)僅生產(chǎn)15%。2017年至2020年間，中國(guó)是美國(guó)稀土進(jìn)口的主要來(lái)源地，占78%。

因此，中國(guó)對(duì)于半導(dǎo)體礦產(chǎn)的占有，構(gòu)成重大的地緣政治挑戰(zhàn)。美國(guó)認(rèn)為，中國(guó)已經(jīng)表現(xiàn)出將其礦產(chǎn)市場(chǎng)影響力作為“武器”的意愿。在2010年的外交爭(zhēng)端中，中國(guó)明確禁止向日本出口稀土資源。而后在2019年的中美貿(mào)易戰(zhàn)期間，負(fù)責(zé)監(jiān)督國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)提出警告，“任何試圖用稀土制品來(lái)遏制中國(guó)發(fā)展的行為，都不會(huì)被全體中國(guó)人民所接受?！睋?jù)報(bào)道，中國(guó)已經(jīng)起草了稀土出口有關(guān)的管制條例，其中特別針對(duì)美國(guó)的國(guó)防工業(yè)。這些出口禁令以及出口配額，將會(huì)導(dǎo)致全球礦物資源價(jià)格的進(jìn)一步上漲。同時(shí)，由于中國(guó)占有全球礦產(chǎn)儲(chǔ)量的重要份額，中國(guó)對(duì)半導(dǎo)體制造關(guān)鍵原材料的控制將會(huì)繼續(xù)下去，其中包括鎢（51%）、銻（24%）和各種稀土元素（37%）。鑒于最近美國(guó)本土的所有稀土供應(yīng)商進(jìn)行了合并，中國(guó)對(duì)于礦物資源市場(chǎng)的占有只會(huì)更加強(qiáng)大。

美國(guó)政府正在努力——盡管有些隨意——解決礦產(chǎn)資源問(wèn)題。美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)給了澳洲萊納斯稀土公司和美國(guó)MP稀土公司建造稀土加工設(shè)施的合同，美國(guó)能源部也正探索開(kāi)發(fā)一個(gè)關(guān)鍵的礦物精煉廠。

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▍工業(yè)氣體：受俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)影響嚴(yán)重

芯片制造的過(guò)程至少需要上百種工業(yè)氣體。在沉積、光刻、蝕刻、摻雜、退火和腔室清潔等不同階段，使用到的氣體可分為兩大類，大宗氣體和電子特種氣體。大宗氣體，是通常所見(jiàn)的氮?dú)?、氧氣、氬氣、氦氣、氫氣和二氧化碳；而電子特種氣體，則是在純度、品種、性能等方面有特殊要求的純氣、高純氣或摻雜配制的二元或多元混合氣，包括氨、硅烷、氯化氫、三氟化氮和笑氣。更重要的是，高純工業(yè)氣體在生產(chǎn)先進(jìn)制程邏輯芯片的過(guò)程中是不可替代的。隨著美國(guó)擴(kuò)產(chǎn)先進(jìn)制程邏輯芯片和其他半導(dǎo)體芯片，美國(guó)對(duì)工業(yè)氣體的需求可能會(huì)在未來(lái)三到五年內(nèi)大幅增長(zhǎng)。

而東亞承擔(dān)了大部分工業(yè)氣體的供應(yīng)。全球超過(guò)75%的電子特氣源于韓國(guó)、日本、中國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣。例如，中國(guó)生產(chǎn)了全球60%的氟石，而這是合成許多氣體的關(guān)鍵成分，比如CF、NF3、HF、WF6 和 SF6。幾乎所有的美國(guó)工業(yè)氣體都需要依賴海外供應(yīng)商：默克集團(tuán)（德國(guó)，占據(jù)大部分市場(chǎng)）、中船重工718所、廣東華特氣體、南大光電、液化空氣集團(tuán)（法國(guó)）、林德集團(tuán)（荷蘭）、昭和電工（日本）、圓益 (韓國(guó))、SK集團(tuán)（韓國(guó)）和英特格（美國(guó)）。

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正如人們所預(yù)料的，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)面臨工業(yè)氣體的需求壓力。美國(guó)技術(shù)咨詢公司Linx Consulting的一份研究報(bào)告指出，“美國(guó)半導(dǎo)體的產(chǎn)能擴(kuò)張和有機(jī)生產(chǎn)的需求，將對(duì)當(dāng)前的電子特氣供應(yīng)鏈造成稅負(fù)。美國(guó)需要投資更多的電子特種氣體供應(yīng)鏈與新建制造工廠配套，以滿足更高的生產(chǎn)要求與擴(kuò)充的產(chǎn)能?！比绻绹?guó)面臨工業(yè)氣體短缺，這將嚴(yán)重地影響下游產(chǎn)業(yè)的正常生產(chǎn)。從這個(gè)角度看，蝕刻氣體C4F6是不可替代的。每減少6000萬(wàn)-1億美元的C4F6供應(yīng)，將造成下游產(chǎn)業(yè)100億-180億美元的損失。

如上所述，工業(yè)氣體市場(chǎng)面臨巨大的地緣政治風(fēng)險(xiǎn)。半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的警告直截了當(dāng)：“美國(guó)工業(yè)氣體供應(yīng)不足，我們依賴外國(guó)進(jìn)口，這可能會(huì)變得十分不穩(wěn)定?！?strong>正在進(jìn)行的俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)凸顯了這種不穩(wěn)定性。烏克蘭為美國(guó)半導(dǎo)體制造提供了90%的高純度氖氣，然而，從2021年12月到2022年3月，停產(chǎn)使整體氖氣價(jià)格上漲500%。烏克蘭也是氙氣的主要生產(chǎn)國(guó)，供應(yīng)量約占全球30%，用于半導(dǎo)體蝕刻制程。而受到美國(guó)和歐洲制裁的俄羅斯，是氦氣和C4F6的主要生產(chǎn)國(guó)之一。雖然美國(guó)的主要芯片制造商大都儲(chǔ)備了可供一年的工業(yè)氣體，以防隨時(shí)可能出現(xiàn)的供應(yīng)短缺，但體量較小的芯片制造商幾乎馬上面臨著供應(yīng)問(wèn)題。

為了滿足美國(guó)急迫且不斷增長(zhǎng)的需求，日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣正在擴(kuò)大其工業(yè)氣體的產(chǎn)能。實(shí)際上，東亞主要的工業(yè)氣體生產(chǎn)商都在提升產(chǎn)能。正如中國(guó)“十四五”規(guī)劃所述，隨著中國(guó)追求半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自給自足，到2025年，中國(guó)在工業(yè)氣體市場(chǎng)的份額必將進(jìn)一步擴(kuò)大。這對(duì)美國(guó)而言無(wú)疑是值得擔(dān)憂的。美國(guó)也相應(yīng)增產(chǎn)工業(yè)氣體，且盡可能在主要的半導(dǎo)體制造商附近選址。例如，荷蘭林德集團(tuán)就投資6億美元，在亞利桑那州建設(shè)氣體生產(chǎn)設(shè)施，而那里將建造臺(tái)積電的新工廠。

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▍化學(xué)制劑：不看成本，美國(guó)有可能自給自足

半導(dǎo)體制造使用大約五百種化學(xué)制劑，包括光刻膠、拋光液和濕化學(xué)品（如硫酸）。同樣需要的是通用化學(xué)品，例如異丙醇和鹽酸。鑒于其獨(dú)特性，這些化學(xué)制劑沒(méi)有替代品。正如人們猜測(cè)的，半導(dǎo)體的擴(kuò)能，正拉動(dòng)化學(xué)品的供應(yīng)需求，尤其是用于EUV光刻機(jī)的光刻膠需求猛增。

而東亞仍是化學(xué)制劑的主要供應(yīng)商。一個(gè)有說(shuō)服力的例子是，日本的東京應(yīng)化工業(yè)、JSR公司和信越化學(xué)工業(yè)等，控制著全球90%的EUV光刻膠的供應(yīng)。這是制造先進(jìn)制程邏輯芯片的關(guān)鍵化學(xué)品。正如預(yù)期的那樣，中國(guó)是氫氟酸等濕化學(xué)品的主要生產(chǎn)國(guó)。反觀美國(guó)國(guó)內(nèi)，我們不生產(chǎn)先進(jìn)制程邏輯芯片所必需的任何高純度化學(xué)品，也沒(méi)有擴(kuò)大濕化學(xué)品的產(chǎn)能。而美國(guó)制造廠商也習(xí)慣從海外采購(gòu)這些化學(xué)品。

對(duì)于超純化學(xué)品而言，其低產(chǎn)能的特點(diǎn)，意味著供應(yīng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。專家預(yù)測(cè)，美國(guó)對(duì)硫酸的需求將提升37%，對(duì)氫氧化銨的需求將上漲46% 。電子材料咨詢公司TECHCET警告稱，“美國(guó)可能在2023年面臨化學(xué)品的短缺。”這些化學(xué)品的獨(dú)特性質(zhì)，使芯片制造廠無(wú)法尋求其他化學(xué)品作為替代；各供應(yīng)商參差的化學(xué)配方，也使輕易地更換供應(yīng)商變得困難。而供應(yīng)商的工廠事故（譬如日本住友化學(xué)工廠爆炸導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂斷供）和新生產(chǎn)規(guī)定（例如歐盟2020年提議限制半導(dǎo)體制造所必需的含氟化學(xué)品），都使原材料供應(yīng)鏈變得羸弱不堪。

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這種風(fēng)險(xiǎn)其實(shí)一直存在：化學(xué)品的供應(yīng)通常來(lái)自單一國(guó)家或公司，以至于任何地緣政治風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)影響半導(dǎo)體的制造。例如，中國(guó)臺(tái)灣是超高純度異丙醇的主要生產(chǎn)地，任何與大陸的關(guān)系變化都會(huì)波及供應(yīng)。在此之前，韓國(guó)已經(jīng)忍受過(guò)地緣政治的后果。日本生產(chǎn)全球約90%的氟化聚酰亞胺和70%的氟化氫，并且韓國(guó)90%的光刻膠都來(lái)自日本。當(dāng)2019年7月日本限制向韓國(guó)出口光刻膠、氟化氫和氟化聚酰亞胺時(shí)，韓國(guó)半導(dǎo)體出口的潛在損失約每月84億美元。

考慮到當(dāng)下和未來(lái)對(duì)化學(xué)制品的明確需求，韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣正在加大對(duì)化學(xué)制品生產(chǎn)的投資。韓國(guó)政府設(shè)定2023年的生產(chǎn)目標(biāo)：為本土供應(yīng)商提供70%的電子化學(xué)品。同樣，中國(guó)大陸也在大力投資光刻膠生產(chǎn)，預(yù)計(jì)中國(guó)大陸光刻膠公司的產(chǎn)能，將在未來(lái)三到五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。而在與制造商達(dá)成長(zhǎng)期合作的背景下，日本也預(yù)計(jì)在不久之后主導(dǎo)全球化學(xué)品的供應(yīng)。

在化學(xué)制劑的生產(chǎn)方面，美國(guó)只面臨增加產(chǎn)能的挑戰(zhàn)。平均來(lái)看，在美國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)化學(xué)制劑的成本，是亞洲工廠的五到六倍，但化學(xué)工廠的建設(shè)只需要兩到三年時(shí)間。

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▍事實(shí)不容樂(lè)觀：美國(guó)需要立即采取行動(dòng)

美國(guó)政府必須重視半導(dǎo)體的工業(yè)原料，不僅要關(guān)注產(chǎn)能增長(zhǎng)，更要關(guān)注原料質(zhì)量的提升。這關(guān)乎美國(guó)的國(guó)家安全。美國(guó)政府力推的520億芯片法案著重提及半導(dǎo)體的研究和制造，卻“痛苦地”忽視了礦物、氣體和化學(xué)品。即便實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前的制造目標(biāo)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，美國(guó)對(duì)東亞市場(chǎng)的嚴(yán)重依賴仍將構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。沒(méi)有足夠的原料，半導(dǎo)體制造是不可能的。白宮的一份報(bào)告對(duì)此事很清楚：“任何原料的供應(yīng)中斷，都可能對(duì)美國(guó)的半導(dǎo)體制造產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響?！?/span>

所以我們認(rèn)為，美國(guó)必須提高國(guó)內(nèi)的高純度礦物、氣體和化學(xué)品的產(chǎn)能和質(zhì)量。否則美國(guó)的半導(dǎo)體制造業(yè)——以及美國(guó)國(guó)家安全——將繼續(xù)高度依賴無(wú)法控制的外國(guó)因素。