Das am meisten verborgene Engpassmaterial in der Halbleiterindustrie hat sich preislich mehrfach vervielfacht, ohne dass es jemand bemerkt hat, und wurde soeben von China verboten.

Helium ist ein merkwürdiger Stoff.

Es ist das zweithäufigste Element im Universum, ein Viertel der Masse der Sonne besteht daraus. Auf der Erde ist es jedoch extrem knapp, lässt sich nicht künstlich synthetisieren und kann nur in kleinen Mengen aus Erdgas extrahiert werden, wobei der Heliumgehalt in den meisten Erdgasquellen nur wenige Zehntausendstel beträgt. Noch absurder ist: Sobald man es freisetzt, steigt es stetig nach oben, durchdringt die Atmosphäre und entweicht in den Weltraum. Die Erdanziehungskraft kann es nicht festhalten – was verbraucht ist, ist verbraucht und kommt nie zurück.

Genau dieses Gas, das bei der kleinsten Lücke entweicht, ist heute ein unersetzlicher Rohstoff für die fortschrittlichsten Chip-Herstellungsverfahren der Welt. Die erforderliche Reinheit liegt bei 6 Neunen, also 99,9999 %, auch ein einziges fehlendes Neun ist nicht akzeptabel. Ohne es stoppt das Ätzen in Wafer-Fabriken, die Leckprüfung kommt zum Erliegen, die Temperatur der Lithographie-Plattform lässt sich nicht kontrollieren – und es gibt keine Alternative.

Doch es ist wahrscheinlich der unsichtbarste Bestandteil der gesamten Halbleiter-Lieferkette. Die meisten Menschen wissen nicht einmal, dass man Helium für die Chipherstellung braucht, und selbst wenn sich sein Preis verdoppelt, schafft es es nie in die Schlagzeilen.

Am 10. Juli hat China plötzlich seinen Export verboten.

Diese Nachricht hat in der Öffentlichkeit kaum Aufmerksamkeit erregt.

Doch wenn man hinter die Kulissen dieses unscheinbaren Gases blickt, stellt man fest, dass die Entwicklungen der letzten sechs Monate viel dramatischer sind als die meisten Halbleiter-Schlagzeilen: Der größte Helium-Produktionsknotenpunkt der Welt wurde vor drei Monaten von Raketen getroffen, die Reparatur dauert drei bis fünf Jahre; inländische Spezialgasfabriken arbeiten in Doppelschichten mit voller Auslastung und können die Nachfrage trotzdem nicht decken. Krieg, Lieferkettenunterbrechungen, industrielle Durchbrüche und Machtspiele zwischen Großmächten konzentrieren sich alle auf dieses kleine, entweichende Gas.

01: Warum Chiphersteller nicht auf dieses Gas verzichten können

Helium ist ein widersprüchliches Element. Bezüglich der Gesamtmenge ist es das zweithäufigste Ding im Universum, ein Viertel der Sonnenmasse besteht daraus – auf der Erde ist es jedoch extrem knapp. Der Weg, es künstlich herzustellen, ist praktisch nicht gangbar: In Kernreaktionen entsteht zwar eine kleine Menge, aber die Kosten dafür sind keine Produktion, sondern eine künstlerische Aktion.

Helium auf der Erde kann nur als Nebenprodukt aus Erdgas extrahiert werden, und sobald es in die Luft gelangt, lässt es sich kaum wieder einfangen – genau wie Heliumballons vor dem Einkaufszentrum in der Kindheit: Sobald man die Hand loslässt, fliegen sie ohne Umkehr nach oben. Es ist so leicht, dass es stetig aufsteigt und schließlich die Atmosphäre verlässt. Jede verbrauchte Einheit ist für immer weg.

Das gesamte Bild, das viele Menschen von Helium haben, beschränkt sich auf Partyballons und die Stimmlageveränderung beim Einatmen – dieser Eindruck hat nichts mit seinem tatsächlichen Wert zu tun. Genau dieses flüchtige Element wird überall in Wafer-Fabriken benötigt.

Nachdem ein Wafer die Fabrik betritt, durchläuft er Dutzende von großen Anlagen hin und her.

Einer der wichtigsten Schritte ist das Plasmaätzen. Einfach ausgedrückt: Man nutzt eine Gruppe schnell bewegter geladener Teilchen, um nanometergenaue Schaltkreise auf der Oberfläche des Wafers zu gravieren.

Das Problem ist: Während des Gravierens erwärmt sich der Wafer.

Wenn ein gewöhnliches Eisenblech ungleichmäßig erhitzt wird, wird nur die Mitte etwas stärker gebrannt und die Ränder bleiben roh. Aber die Schaltkreise auf dem Wafer sind nur wenige Nanometer breit – bei einer geringfügig ungleichmäßigen Temperatur kann die geätzte Struktur abweichen, und die Ausbeute des gesamten Wafers leidet darunter.

Deshalb füllen Ingenieure Helium zwischen die Rückseite des Wafers und die Spannvorrichtung.

Diese Heliumschicht ähnelt der Wärmeleitpaste zwischen CPU und Kühler eines Computers, nur dass sie gasförmig ist. Sie überträgt die Wärme schnell und gleichmäßig, sodass der Wafer nicht gleichzeitig eine Nanometer-Operation durchläuft und lokal überhitzt.

Wasserstoff hat eigentlich eine bessere Wärmeleitfähigkeit, aber bei Wasserstoff… na ja, Ingenieure würden sich nicht mehr trauen, zur Arbeit zu gehen.

Wafer-Fabriken wollen natürlich nicht zur Kühlung eine Explosionsgefahr für die Ätzanlage hinzufügen. Helium leitet nicht nur Wärme, sondern ist auch nicht brennbar und reagiert kaum chemisch – daher ist es in vielen etablierten Verfahren kaum einfach zu ersetzen.

Helium hat noch eine weitere Aufgabe: Leckprüfung.

In Wafer-Fabriken gibt es zahlreiche Vakuumkammern und Gasleitungen. Bei der Prüfung dieser Anlagen sprühen Ingenieure Helium von außen auf die Leitungen. Sobald der Detektor im Inneren Helium „riecht“, zeigt das an, dass an einer Stelle ein Leck vorliegt.

Heliumatome sind klein genug, und der Hintergrundgehalt in der Luft ist niedrig – die Wirkung ist wie ein Drogenspürhund, der nur einen einzigen Geruch für das gesamte Vakuumsystem erkennt.

Darüber hinaus wird Helium auch für Spülvorgänge, Schutzatmosphären und das Wärmemanagement einiger Präzisionsanlagen verwendet.

Rund 20 % des weltweiten Heliums werden von der Halbleiterindustrie verbraucht, so die Zahlen aus einer Studie der Deutschen Bank.

Für das elektronische Helium, das in fortschrittlichen Verfahren verwendet wird, sind die Reinheitsanforderungen extrem hoch, bis zu 6N (99,9999 %), wobei Verunreinigungen im Bereich von Teilen pro Million kontrolliert werden. Für nanometerfeine Schaltkreise ist jede eingedrungene Verunreinigung ein Ausbeute-Killer. Der Preis dieses speziellen Heliums ist Dutzende Male höher als der von gewöhnlichem Industriehelium.

Kann man also auf Helium verzichten?

Streng genommen gibt es in einzelnen Schritten tatsächlich alternative Verfahren. Das Problem ist nur: Eine Wafer-Fabrik ist nicht die eigene Küche zu Hause, wo man bei fehlender Sojasauce einfach eine andere Sorte nimmt. Sobald ein Prozessgas geändert wird, können sich Anlagenparameter, Temperaturkurven, die Kontamination und die endgültige Ausbeute verändern – die gesamte Produktionslinie muss neu validiert werden. Der Zeit- und Geldaufwand ist so gigantisch, dass sich das kaum jemand leisten kann. Einige führende Fabriken haben Helium-Rückgewinnungssysteme installiert: Eine Produktionslinie von Samsung spart pro Jahr 4,7 Tonnen ein. Aber die Rückgewinnung kann nur den Verbrauch drosseln, sie erzeugt kein neues Helium.

Daher ist die Beziehung zwischen der Chipherstellung und Helium immer sehr unauffällig. Sein Anteil an den Gesamtkosten von Chips ist nicht sehr groß, und seine Bedeutung ist weitaus geringer als die von Lithographieanlagen – aber es ist unverzichtbar.

Normalerweise spricht niemand davon, weil es immer verfügbar war – bis dieses Jahr die Lager leer sind.

02: Warum ist das weltweite Helium plötzlich knapp geworden?

Helium lässt sich nicht beliebig produzieren, es hängt vollständig von Erdgasfeldern ab. Und die Natur hat die heliumreichen Gasfelder nur an wenige Länder verteilt.

Daher befinden sich 85 % des weltweiten Heliums in der Hand von drei Ländern: den USA, Katar und Russland.

Davon hält Katar allein ein Drittel, der Hauptstandort ist die Industriestadt Ras Laffan, der größte Helium-Produktionsknotenpunkt der Welt, wo Helium als Nebenprodukt der LNG-Produktionslinien anfällt.

Anfang März dieses Jahres schwappte der Krieg im Nahen Osten auf die Golfregion über. Drohnenangriffe und die faktische Schließung der Straße von Hormus für den kommerziellen Schiffsverkehr veranlassten Qatar Energy, die gesamte Produktion in Ras Laffan einzustellen und höhere Gewalt zu erklären. Zusammen mit LNG wurde auch die gesamte Heliumproduktion gestoppt – ein Drittel der weltweiten Versorgung verschwand kurzfristig vom Markt.

Mitte und Ende März folgten zwei Angriffe mit ballistischen Raketen, die echte langfristige Schäden verursachten: Nach offiziellen Angaben wurde die Helium-Exportkapazität Katars um mindestens 14 % zerstört, was etwa 5 % der weltweiten Versorgung entspricht. Die beschädigten Anlagen brauchen drei bis fünf Jahre zur Reparatur.

Das absurdeste Bild zeigt sich in den Häfen.

Flüssighelium wird in speziellen kryogenen Tanks transportiert. Jeder dieser Tanks ist etwa 1 Million US-Dollar wert, und das effektive Kühlfenster beträgt normalerweise nur 35 bis 48 Tage. Nach Ablauf dieser Zeit verdampft das Flüssighelium allmählich. Um einen zu hohen Druck zu vermeiden, muss es über ein Sicherheitsventil abgelassen werden.

Nach Ausbruch des Krieges blieben etwa 200 dieser Tanks im Nahen Osten stecken.

Genau wie ein zeitlich begrenztes Item im Spiel: Wenn man es nicht schnell genug nutzt, verschwindet es von selbst.

Selbst wenn der Schiffsverkehr irgendwann wieder aufgenommen wird, dauert es noch mehrere Monate, bis diese teuren Tanks wieder zu anderen Heliumquellen transportiert werden können.

Als erstes geriet der Preis außer Kontrolle. Der weltweite Spotpreis verdoppelte sich sofort, einige Gaskonzerne begannen, zusätzliche Gebühren zu erheben. In China stieg der Preis für hochreines Helium in Rohrleitungen innerhalb von sieben Wochen von 76 Yuan pro Kubikmeter auf 251 Yuan.

Die Nerven der Chiphersteller spannten sich an: TSMC gab auf seiner Leistungssitzung im April bekannt, dass die Preise für Gase und Chemikalien steigen könnten und sich auf die Gewinne auswirken würden – das Unternehmen hat bereits Sicherheitsbestände angelegt. Warnungen von Lieferkettenberatern sind direkter: Wenn der Mangel andauert, werden Unternehmen gezwungen, die Produktion zu drosseln, und die Auswirkungen breiten sich von der Elektronik bis zur Automobilindustrie aus.

Die Verteilungsreihenfolge bei Mangel ist realistisch: Krankenhäuser haben höchste Priorität – ein Magnetresonanztomograph braucht etwa 1500 Liter Flüssighelium, und 30 % des weltweiten Heliums werden ohnehin im medizinischen Bereich verwendet. Kleine Verträge von Laboren mit niedriger Priorität werden normalerweise zuerst gekürzt. Wafer-Fabriken liegen dazwischen: Wenn der Mangel tatsächlich zu Produktionskürzungen führt, wird erwartet, dass hochprofitabel KI-Chips und HBM vorrangig versorgt werden, während gewöhnliche Konsumgüter eher gekürzt werden.