制造半导体在英国和美国，是目前生产驱动全球各类电子设备关键材料的最可持续选择之一——这是谢菲尔德大学最新研究得出的结论。

这项题为《InGaN和InGaP化合物半导体的地理空间前瞻性生命周期可持续性》的研究发表在《Scientific Reports》上，被认为是迄今关于半导体供应链可持续性最系统、最详尽的分析之一。

研究由谢菲尔德大学管理学院供应链专家、运营管理主席 Lenny Koh 教授领衔，并与加的夫大学合作完成。团队构建并评估了覆盖 11 个国家的 80 种全球供应链情景，时间跨度延伸至 2030 年、2040 年和 2050 年，旨在揭示半导体生产的环境影响如何随地点与时间演变。

Koh 教授指出，半导体是现代社会的基础：从智能手机、电动汽车，到能源系统和医疗基础设施，都离不开芯片。但半导体生产本身极为耗能，而随着人工智能技术的快速发展，芯片需求正持续攀升。

研究聚焦于下一代电子产品中两种关键化合物半导体材料：InGaN 和 InGaP。它们不仅是推动人工智能发展的重要材料，也支撑着智能手机、LED 电视等大众消费电子产品的核心功能。

清洁能源国家的制造环境影响最低

分析结果显示，在电力系统更清洁的国家进行制造——例如英国和美国——整体环境影响始终最低。相比之下，在仍高度依赖燃煤发电的地区（如中国），即便在未来情景预测中，相关生产活动仍会带来最高水平的污染。

目前，全球大部分半导体制造能力集中在台湾、韩国和中国。研究团队据此呼吁，应将部分制造环节迁回能源强度较低的国家——即单位 GDP 所需能源更少的地区——以推动产业向更可持续的方向转型。

多维度环境影响评估

研究不仅考察了碳排放，还综合评估了多项环境指标，包括：

• 对全球变暖的贡献
• 海洋生态毒性
• 陆地酸化
• 水资源消耗

结果表明，如果将 InGaN 和 InGaP 的制造环节转移至英国，环境影响可获得最大幅度的削减：在 2040 年至 2050 年期间，相关影响预计可分别减少约 70% 和 66%。

在全球变暖、毒性和资源消耗等关键类别中，涉及英国、美国和台湾进行微芯片制造的情景，在 2050 年前后普遍获得更高的可持续性评分。

外延与基板生产将成未来主要挑战

研究同时指出，即便电力系统持续去碳化，芯片制造中的某些工艺环节仍将是主要环境压力来源，因此必须通过技术创新加以应对。

其中，晶体生长和材料制备等工艺——即“外延”与基板生产——被预测为未来最大的可持续性挑战。这些步骤高度依赖复杂化学品，并消耗大量能源与水资源，意味着要实现真正绿色制造，必须在工艺和材料上进一步创新。

研究估算，InGaN 外延所需能量预计比 InGaP 高约 80%，且会产生更多有毒废弃物。

Koh 教授表示，这项工作为全球半导体产业在低碳未来中的演变路径提供了迄今最细致的图景之一。研究显示，除了技术本身的进步外，通过更明智地选择“在哪里”和“如何”制造，往往能获得更大的可持续性收益。

他强调，如果相关建议得到落实，这些洞见将帮助电子产业和政策制定者减少排放、降低污染，并在技术快速发展的同时构建更具韧性、更可持续的未来。研究向产业界和决策层传递了清晰信号：

• 战略性回迁制造
• 更清洁的生产方式
• 针对外延和基板制备等高影响工艺的创新

将是下一代半导体在性能与可持续性之间取得平衡的关键。

未来减排需聚焦材料与化学品

谢菲尔德大学管理学院博士后研究员 Moein Shamoushaki 博士指出，电力系统去碳化确实能降低制造中高能耗阶段的环境影响，但未来进一步减排的重点，必须转向更清洁的材料选择和更安全的化学品处理方式。

加的夫大学化合物半导体制造中心主任 Peter Smowton 教授补充说，先进半导体的未来可持续性并非既定，而是由制造地点与制造方式共同决定。

通过模拟至 2050 年的多种全球供应链情景，研究发现：

• 单靠更清洁的电力即可显著降低环境影响
• 但真正最大的收益来自对供应链的系统性重构

这包括优先布局在低碳地区、投资更安全的材料与工艺，以及加速回收与循环经济实践的落地。