深度剖析EUV光刻技术中掺镝/铽永磁体的供应链，东大商务部对重稀土实施出口管制的策略或许效果非凡 | 蛇打七寸

镝和铽两种重稀土对EUV光刻机影响的深度分析

王文广（kdd.wang@gmail.com）

2025年10月9日，国庆长假后第一天上班的9点，商务部发了个公告《商务部公告2025第61号 公布对境外相关稀土物项实施出口管制的决定》，其中第四条的内容如下：

四、最终用途为研发、生产14纳米及以下逻辑芯片或者256层及以上存储芯片，以及制造上述制程半导体的生产设备、测试设备和材料，或者研发具有潜在军事用途的人工智能的出口申请，逐案审批。

这就有点好玩了，在DeepSeek等大模型的协助下，进行了深入的研究，发现有两种稀土元素“镝（Dysprosium, Dy）和铽（Terbium, Tb）“，可能是能够卡先进芯片的关键原料。当然，这个效果可能并非立竿见影，但如果真的能够掐住英伟达最先进的显卡生产的脖子的话，那就真好玩了。从实际上看，中美现阶段的科技战，不仅在于阻止对手获取现有技术，更在于控制生产这些技术的物理手段。西大及其盟友采取了“小院高墙”（small yard, high fence）的战略，精确打击东大在全球半导体供应链中占据主导地位的“咽喉”环节，即技术瓶颈 。然而，东大已经识别并开始利用一个对等的反制点。这个反制点不在于设备本身，而在于制造这些设备所必需的、不可或缺的元素材料。

本文将从宏观层面剖析极紫外光刻（EUV）技术对于延续摩尔定律的独占性地位，然后深入到其核心部件的微观机械和材料科学，揭示其对特定稀土元素的绝对依赖。接着，我将分析这些关键元素的全球供应链现状，最终阐明其在地缘战略博弈中的决定性影响，并探讨潜在的应对路径。

本报告的全文PDF版本以及相关的参考文献资料，可以从“走向未来”【https://t.zsxq.com/xpWzq】知识星球中获取。

第一节 摩尔定律的皇冠：ASML的EUV垄断

要理解这场原子战争的背景，我们必须首先认识到半导体制造技术已经走到了一个历史性的十字路口。传统的深紫外（DUV）光刻技术，即便通过多次图形曝光（multi-patterning）等复杂的变通方案，也已在物理上达到了其分辨率的极限，难以经济高效地制造7纳米节点以下的逻辑芯片 。整个行业的技术路线图，无论是用于AI训练和推理的先进逻辑芯片，还是下一代高密度存储芯片，都完全依赖于一项革命性的新技术——极紫外光刻（EUV）。

43679-inside-nxe3400.jpg

ASML的独一无二成就

在这场技术革命中，荷兰公司阿斯麦（ASML）扮演了独一无二的角色。它是全球唯一能够设计、制造和销售EUV光刻机的公司 。这使得ASML不仅仅是一个市场领导者，更成为了延续摩尔定律的地缘政治守门人 。任何国家或企业，如果想进入最先进的芯片制造俱乐部，都必须获得ASML的设备。

9097bd38.1737109375933.ef3e296a05839972.png

EUV的必要性

EUV技术的不可替代性体现在以下几个层面：

• 技术上的必然性：EUV光刻机使用波长极短的13.5纳米光线，相比DUV光刻机使用的193纳米光线，能够在硅片上刻画出远为精细的晶体管电路图案 。对于先进工艺节点，EUV技术可以通过单次曝光完成图形转移，极大地简化了制造流程，提高了良率，并降低了成本，而DUV技术则需要进行三到四次甚至更多的曝光和蚀刻，流程复杂且成本高昂 。
• 经济上的高门槛：EUV光刻机的成本和复杂性是惊人的。一台标准的EUV设备售价高达2亿美元，而下一代高数值孔径（High-NA）的系统售价更是达到约3.7亿美元 。每台机器重达180吨，需要多架波音747货机才能完成运输 。这种巨大的资本投入形成了极高的进入壁垒，巩固了ASML的垄断地位，也使得每一台EUV光刻机都成为其拥有国的战略性国家资产。
• 地缘政治的控制点：正是由于EUV技术的战略重要性，西大政府通过其对荷兰政府的影响力，以及对供应链上关键企业（如德国蔡司公司，提供EUV光刻机的核心光学系统）的管辖权，有效地控制着EUV光刻机的出口 。这成为其“小院高墙”策略的核心支柱，直接阻止了东大获取制造7纳米及以下先进芯片所需的最关键工具。

这种控制的深层影响，已经超越了单纯的技术封锁，演变成一种“资本支出武器化”的战略。建设一座先进的晶圆厂需要数百亿美元的投资，而其中最昂贵、最核心、最不可或缺的设备就是EUV光刻机 。西大通过其盟友体系，可以拒绝向特定目标出售这台关键设备。其结果是，围绕这台设备所进行的其他所有投资——包括厂房建设、无尘室、配套设备等高达数百亿美元的资本支出——都将无法实现其预定的战略目标，即生产最先进的芯片。这种策略将出口管制从一种技术限制工具，转变为一种能够直接造成巨大财务损失和战略挫败的武器，其破坏力远不止于扣留一台机器。

欢迎加入最具价值知识星球“走向未来” （https://t.zsxq.com/xpWzq），一起探讨生成式人工智能、大模型、AIGC、AI芯片和机器人等的产品、技术和应用实践，探讨如何使用各种不同的人工智能大模型和智能体来为工作增效，为生活添彩。立即加入“走向未来”知识星球，一起走向AGI的未来（https://t.zsxq.com/xpWzq）。

第二节 机器之心：纳米精度的舞蹈

EUV光刻机的核心，并不仅仅在于其能产生13.5纳米波长的光源。同样关键的，是它能够在高真空环境中，以近乎不可能的速度和精度，同步移动硅晶圆和作为电路蓝图的光掩模（reticle）。正是这种极致的机电一体化（mechatronics）能力，构成了ASML技术护城河的另一半。

极致的性能要求

这套系统的运行参数，已经超出了传统工业工程的范畴，进入了物理学的极限区域：

• 加速度：承载硅晶圆的磁悬浮工作台（wafer stage）以高达7G（7倍重力加速度）的加速度进行往复运动，而承载光掩模的工作台（reticle stage）的加速度更是高达15G。这比战斗机飞行员在进行极限机动时所能承受的过载还要大 。
• 同步性：在曝光过程中，晶圆工作台和光罩台向相反方向高速运动，它们的相对位置必须被同步控制在纳米（一米的十亿分之一）和纳秒（一秒的十亿分之一）的精度之内，才能确保电路图形被正确地印刷到晶圆上。
• 定位精度：系统内的传感器以每秒20,000次的频率，测量工作台的位置，其精度高达60皮米（picometers）——这个尺度比一个硅原子的直径还要小。
• 运行环境：整个运动过程发生在高真空腔体内，以防止EUV光被空气分子吸收。同时，系统运行中不能产生任何可能污染晶圆或光学镜片的微尘颗粒，并且必须将热量产生控制在最低水平，以避免因热胀冷缩导致任何微小的形变。

磁悬浮的必然选择

在如此严苛的条件下，任何形式的机械接触式轴承（如滚珠轴承或空气轴承）都无法胜任。机械接触会产生磨损颗粒，无法满足真空和洁净度的要求；同时，在巨大的加速度下，机械部件的摩擦和振动也无法保证纳米级的定位精度。因此，磁悬浮（magnetic levitation, maglev）成为唯一可行的技术方案 。整个系统利用一套由强大的电磁铁和永磁体组成的复杂阵列，通过精确控制磁场，实现对工作台的无接触悬浮、驱动和定位。

这一系列环环相扣的工程需求，最终指向了一个关键的材料瓶颈。EUV光刻机对工作台的性能要求，已经达到了人类工程能力的极限，这种极端性创造了一个独特的“材料排他性”。要实现目标，不仅仅是需要一块强力磁铁那么简单。它需要的是一种能够在承受巨大且快速变化的电磁场、剧烈的加速冲击力以及真空环境下的高温时，依然能完美保持其磁性的磁体。这种极端的运行环境，像一个严苛的过滤器，筛掉了所有常规工程材料，最终只留下一种特定的材料选择。这个选择，直接将我们引向了稀土永磁体，以及两种不可或缺的重稀土元素。

第三节 不可或缺的合金：为何高性能磁体需要重稀土

为了实现磁悬浮工作台所需的巨大推力和精确控制，工程师们选择了目前已知磁性最强的永磁材料——钕铁硼（Neodymium-Iron-Boron, NdFeB）磁体。这类磁体拥有最高的“最大磁能积”($ (BH)_{max} $)，这意味着在同等磁力输出下，它的体积可以做到最小，重量可以做到最轻。这对于需要以极高加速度移动的工作台来说至关重要。

标准钕铁硼磁体的“阿喀琉斯之踵”

然而，标准的钕铁硼磁体有一个致命的弱点：它的耐热性和抗退磁能力较差。其“矫顽力”($ H_{ci} T_c $)相对较低，意味着在较高的温度或强大的反向磁场作用下，它会轻易地丧失磁性。而EUV光刻机的磁悬浮工作台，恰恰就是一个同时存在高温和强反向磁场的恶劣环境。驱动工作台的电磁线圈会产生大量的热量，同时也会产生强大的、不断变化的反向磁场。在这样的环境中，标准钕铁硼磁体根本无法稳定工作。

重稀土元素（HREEs）的关键作用

为了解决这个难题，材料科学家们找到了一个精妙的解决方案：在钕铁硼合金中，添加微量的重稀土元素（Heavy Rare Earth Elements, HREEs），特别是镝（Dy）和铽（Tb）。

• 作用机理：在合金的微观晶格结构（$ Nd_2Fe_{14}B $）中，镝或铽原子会取代一部分钕原子的位置。这种取代能够极大地增强材料的“磁晶各向异性场”，这正是决定材料矫顽力的根本物理性质 。
• 最终效果：添加了镝和铽的钕铁硼磁体，其矫顽力和工作温度得到了巨幅提升，使其能够抵御高温和强反向磁场的干扰，从而在EUV光刻机内部的极端环境中保持稳定的磁性能 。

别无选择

在当前的技术水平下，对于EUV光刻机磁悬浮工作台这一特定应用，掺杂镝/铽的钕铁硼磁体并非“最优选择”，而是“唯一选择”。其他永磁材料，如铁氧体或铝镍钴磁体，其磁力强度（剩磁 $ Br $ 和磁能积 $ (BH)_{max} $）远远不足。而不添加重稀土的钕铁硼磁体，虽然磁力强大，但其稳定性又无法满足要求 。一些新兴的无稀土磁体技术，如氮化铁磁体，仍处于实验室研发阶段，其综合性能、稳定性和大规模制造工艺的成熟度，远未达到能够应用于如此精密和关键设备的要求。

因此，这种材料的选择，体现了一种“最优平衡的专制”。它不是在单一维度上追求最强性能，而是在三个关键且相互制约的维度——单位质量下的磁力（高$ (BH){max} H{ci} $）和抵抗高温退磁的能力（高工作温度）——之间，达到了一个独特且不可协商的平衡点。任何一种在其中一个维度上有所欠缺的替代材料，都无法胜任。这种多变量约束下的最优解，将EUV光刻机的命脉，牢牢地与镝和铽这两种重稀土元素捆绑在了一起。

第四节 巨龙之握：东大对重稀土的战略控制

要理解这一依赖性的战略分量，我们必须首先澄清一个普遍的误解：稀土元素在地壳中的储量其实并不“稀有”。真正的瓶颈，不在于矿藏的多少，而在于能否以具备经济性的方式，将其从矿石中分离、提纯并加工成可用的高纯度金属和氧化物。这正东大在全球稀土产业中占据绝对主导地位的关键所在。

主导地位源于加工而非储量

东大的稀土霸权，并非简单的资源禀赋优势，而是其对整个产业链中下游的绝对控制：

• 数据揭示的现实：根据公开数据，东大控制着全球约60%的稀土矿产开采，但更关键的是，东大控制着超过85%的稀土分离与冶炼产能，以及接近90%的高性能永磁体制造能力。而对于制造EUV光刻机磁体所必需的重稀土元素镝和铽，东大的生产控制力据估计高达99% 。
• 离子吸附型稀土矿（IAC）的特殊性：镝和铽主要来源于一种特殊的地质矿床——离子吸附型稀土矿（Ionic Adsorption Clays, IACs），这种矿床主要分布在东大南方。从这种粘土矿中提取重稀土，不是传统的露天开采和物理选矿，而是一个极其复杂的湿法冶金过程。它需要使用大量的化学浸出剂（如硫酸铵）进行原地浸矿或堆浸，这个过程不仅技术复杂，而且会带来严重的环境挑战，如水土流失、地下水污染和重金属污染。

数十年的产业战略布局

东大的这种主导地位，是数十年国家主导的产业政策精心布局的结果，而非偶然：

• 国家意志的推动：自上世纪80年代起，在徐光宪等战略科学家的推动下，东大政府将稀土产业定位为国家战略性产业，通过设立国家级研究计划（如863计划和973计划）、提供出口退税、建立产业信息中心等一系列措施，系统性地扶持其发展。
• 环境成本的套利：在产业发展的早期阶段，相对宽松的环境法规使得东大的稀土生产商能够以极低的成本运营。这种“环境套利”使其产品价格极具竞争力，成功地将包括西大Molycorp在内的西方竞争对手挤出市场。其结果是，西方国家不仅关闭了矿山，更重要的是，放弃了相关的分离、提纯技术和基础设施，导致了整个产业链的知识和能力的流失。这一过程的背后，是东大部分地区付出的沉重环境代价，包括植被破坏、水源污染和放射性废料堆积。
• 整合以实现控制：近年来，东大政府通过行政手段，将数百家分散的小型稀土企业整合为少数几家大型国有企业集团，如东大稀土集团。这一举措完成了从分散市场到国家战略资产的转变，使得中央政府能够对全球的稀土供应量和价格进行直接的、精确的调控。

为了更直观地展示这一控制力，下表总结了2024年全球重稀土（HREE）供应链的格局：

表1：全球重稀土（HREE）供应链控制格局（2024年估算）

数据来源: https://www.rff.org/publications/issue-briefs/the-strategic-game-of-rare-earths-why-china-may-only-be-in-favor-of-temporary-export-restrictions/

这表明，从上游的矿产储量到下游的成品磁体，随着价值链的延伸，东大的控制力从显著优势演变为近乎绝对的垄断。问题不在于地下有多少矿，而在于谁有能力将其转化为可用的战略材料。

第五节 卡脖子环节中的卡脖子：一个关键漏洞的暴露

综合前述分析，一条清晰的依赖链条浮现出来：全球最尖端的数字技术（AI、5G、高性能计算）依赖于用EUV技术制造的芯片；EUV芯片的制造依赖于ASML的EUV光刻机（第一个“卡脖子”环节）；EUV光刻机的核心性能依赖于其内部的磁悬浮工作台；磁悬浮工作台的稳定运行依赖于掺杂了镝/铽的钕铁硼永磁体；而镝和铽的全球供应，则被东大牢牢掌控（第二个“卡脖子”环节）。这构成了“卡脖子环节中的卡脖子”。

东大的“对等反制”战略

东大近期针对稀土材料和技术的出口管制，并非孤立事件，而是对西大半导体限制措施的一次精准、对等的战略反制。

• 直接回应：东大商务部发布的管制条例中，明确将用于“研发、生产14纳米及以下逻辑芯片或者256层及以上存储芯片”的稀土相关产品列入出口管制清单 。这一技术节点的划定，与西大商务部对华半导体出口管制的阈值完全一致，其针锋相对的意图不言而喻。
• 攻击“生产资料”：西大的策略是限制最终产品（先进芯片）和关键生产工具（EUV光刻机）的获取。而东大的策略则更为上游，它限制的是制造和维护这些关键生产工具所必需的原子级原材料。这是对西方半导体生态系统物理基础的一次直接打击。
• 战略杠杆：通过实施出口许可制度，东大政府获得了多重战略优势。它可以在必要时中断或延迟关键材料的供应，从而扰乱西方国家的生产计划；它可以优先保障国内企业的供应，扶持本土产业链；更重要的是，它将稀土变成了与西大进行贸易和技术谈判的有力筹码。例如，东大可以要求印度等国保证，所进口的重稀土磁体仅用于本国市场，不得转出口至西大，从而通过供应链将自己的地缘政治意图延伸至第三方国家。

这两个“卡脖子”环节在本质上是不同的，呈现出一种非对称性。西大的EUV光刻机瓶颈，是资本和极端技术的密集型产物。它凝聚了数十年、数百亿美元的研发投入，以及全球顶尖科技公司的协作，其技术复杂性极高，难以在短期内被复制。东大的重稀土瓶颈，则是知识和环境成本的密集型产物。它依赖于数十年积累的湿法冶金工艺诀窍，以及在特定历史时期愿意承担巨大环境代价的意愿。

尽管从零开始重建一个ASML的难度，可能高于重建一套重稀土加工体系，但两者在战略博弈中的运用方式却截然不同。东大的反制手段，仅需中央政府的一纸行政命令即可启动，能够迅速对现有供应链造成直接冲击。而西大要实施EUV出口管制，则需要与荷兰、日本、德国等多个盟友进行复杂的外交协调，并处理各大企业间的利益纠葛。因此，东大的战略武器在部署上更为迅速和直接，尽管其底层的主导地位可能相对脆弱一些。

第六节 西大的出路

目前来看，主要有两大方向：一是通过技术手段减少对重稀土的需求（技术缓解），二是在东大之外建立新的供应来源（供应链多元化）。

路径一：技术缓解（节约使用重稀土）

这是短期内最为现实和有效的策略，其核心是提高重稀土元素的使用效率。

• 晶界扩散技术（Grain Boundary Diffusion, GBD）：这是目前最具前景的节约技术。传统的磁体制造工艺，是将镝、铽等重稀土元素在冶炼阶段就均匀地混合到整个合金中。但研究发现，真正对提升矫顽力起决定性作用的，是分布在磁体微观晶粒边界（grain boundaries）的重稀土原子。而分布在晶粒内部的重稀土原子，不仅对提升矫顽力贡献甚微，反而会因为取代了钕原子而略微降低磁体的整体磁力（剩磁）。GBD技术正是基于这一发现。它首先制造出不含或含极少量重稀土的钕铁硼磁体，然后在成品或半成品表面涂覆一层富含镝或铽的化合物，再通过高温热处理，让这些重稀土原子沿着晶粒间的缝隙“扩散”渗透进去。这样，宝贵的重稀土元素就被精确地输送到了最需要它们的地方——晶粒的边界，形成一个增强矫顽力的“保护壳”，而磁体核心的磁力则不受影响。
• GBD技术的影响：对于同等性能等级的磁体，采用GBD技术可以减少70%至100%的重稀土使用量。这是一项革命性的效率提升，极大地缓解了对重稀土的供应压力。
• GBD技术的局限：尽管GBD技术能大幅减少重稀土的用量，但它并未消除对高纯度镝和铽供应的依赖。此外，GBD工艺本身增加了磁体制造的复杂性和成本，并可能形成对GBD工艺相关知识产权和设备的新依赖。
• 无重稀土替代品：如前所述，氮化铁、锰铝碳合金等新兴磁体材料，虽然在理论上展现了潜力，但其综合性能、长期稳定性以及规模化生产的可行性，尚未得到充分验证，无法满足EUV光刻机工作台这种极端严苛和零容错的应用场景。它们是长期的研发方向，而非短期的解决方案。

路径二：供应链多元化（寻找新来源）

这是更为根本但也更为艰难的长期战略。

• “采矿”的误区：正如前文所分析，在澳大利亚、西大或加拿大等地重启稀土矿的开采，仅仅是万里长征的第一步，也是最容易的一步。
• “加工”的难关：真正的挑战在于东大之外重建稀土的分离、提纯和金属冶炼工厂。这一过程面临着巨大的障碍：
  • 技术知识断层：西方世界在过去几十年里，已经失去了在重稀土湿法冶金领域的整代工程技术人才和实践经验。
  • 环境法规与公众反对：在环保法规严格的西方国家，建设一个会产生有毒化学废料和低放射性废渣的复杂化工厂，必然会面临漫长的审批流程和强烈的社区反对。
  • 经济可行性：新建的西方工厂将不得不与拥有规模优势的东大企业直接竞争。东大有能力通过调控全球重稀土价格，使新进入者长期处于亏损状态，从而在商业上扼杀竞争。
  • 时间周期：即便一切顺利，从勘探到矿山和加工厂全面投产，通常也需要5到10年的时间。这个时间周期，与当前地缘政治的紧迫性完全不匹配。

为了清晰地比较各种技术路径，下表对几种关键的高性能永磁体技术进行了评估：

表2：高性能永磁体技术对比分析

这表明，GBD技术是当前应对重稀土依赖风险最关键的近期策略，而无重稀土替代方案则是需要长期投入的研发项目。这为制定务实的战略决策提供了清晰的技术和商业现实依据。

结论

欢迎加入最有价值的知识星球【走向未来】！在这里，我们共同探索生成式AI、大语言模型、AIGC、智能体和AI芯片的无限可能——从技术原理到产品落地，从应用实践到未来趋势。无论是用AI和智能体为工作提效，还是为生活添彩，这里都有你想了解的答案，和一群志同道合的伙伴。在【走向未来】知识星球，你可以轻松学会调用各类大模型与智能体，了解最新的具身智能和机器人产品，解锁高效与创意并存的新方式，一起见证AI如何重塑我们的日常，一步步走近AGI的精彩未来。点击链接【https://t.zsxq.com/xpWzq】或扫码加入我们，马上启程，和我们一起——走向未来，不负热爱！

商务部的这个“反制裁”措施或许真的有效。当然，这个效果未必立竿见影，因为现有的设备以及现有的镝、铽的储量，使得当下的各种高端芯片的生产暂时还不会因为这个问题而中断。但过一段时间，或许效果就显现了。商务部对包含镝和铽在内的重稀土元素的控制，以及含量超过0.1%即需要报备和申请的“长臂管辖”，使得东大有了一个强大的、与西大芯片产业链的“长臂管辖”相匹敌的战略杠杆。

或许，中美之间的芯片战争和科技战正在进入一个新的阶段，此时的西大正面临一个艰难的、需要耗费数年时间才能应对的挑战。所以，中美科技战中，东大从战略防御到战略相持的阶段（战略相持是有来有往，有来有往是战略相持而非反攻）。战略相持不知道需要多久，但终究会来到一个战略反攻的阶段，那时将会是秋风扫落叶一般。

中华民族伟大复兴的完成度，或许已经到了90%。正所谓行百里者半九十！