We hebben het momenteel veel over halfgeleiders, materialen, apparaten, investeringen, enzovoort. Elk onderwerp heeft een andere focus. De materialen betreffen voornamelijk halfgeleiders met een brede bandgap van de derde generatie; de ​​apparaten zijn hoofdzakelijk gebaseerd op MOS- en HEML-materialen met een brede bandgap, waar we het eerder al over hebben gehad; ik ga niet in op details over investeringen, trends in de sector, bedrijfsinformatie, de aandelenmarkt, enzovoort. Vandaag gaan we het hebben over de geschiedenis van de halfgeleiderindustrie en de oorsprong ervan.    
           

Vacuümtriodes "veroorzaken problemen"

Over de vacuümtriode gesproken: deze werd in 1906 uitgevonden door Lee Deforest en maakte consumentenelektronica zoals radio's en televisies mogelijk. Het was ook het brein van 's werelds eerste elektronische computer. De triode besloeg een oppervlakte van bijna 140 vierkante meter en woog 30 ton. Hij bevatte bijna 19,000 vacuümbuizen en duizenden weerstanden en condensatoren. De vacuümtriode bestaat uit een rooster en twee elektroden die door het rooster in een afgesloten glazen ruimte van elkaar gescheiden zijn. Binnen deze afgesloten ruimte heerst een vacuüm, wat voorkomt dat componenten doorbranden en de vrije beweging van elektronen mogelijk maakt.  
   
Het heeft twee hoofdfuncties: schakelen en versterken. Schakelen houdt in dat de stroom wordt in- en uitgeschakeld, en versterken houdt in dat de stroom of kleine signalen worden versterkt met behoud van de oorspronkelijke karakteristieke eigenschappen van het signaal. Er zijn echter een aantal nadelen, zoals het grote formaat, het gemakkelijk losraken van verbindingen, de korte levensduur en de snelle veroudering.  
Deze reeks tekortkomingen leidde tot de onvermijdelijke ontwikkeling of vervanging ervan. In 1949 vonden John Bardeen, Walter Brattin en William Shockley van Bell Labs de elektronische versterker uit, gemaakt van het halfgeleidermateriaal germanium. Dit was de eerste generatie transistor (deze drie wetenschappers wonnen in 1956 de Nobelprijs voor de Natuurkunde). De transistor werd oorspronkelijk een "transmissieweerstand" genoemd en later hernoemd tot transistor.  
   
Dit type transistor combineert de functies van een vacuümbuis, maar is solid-state (geen vacuüm nodig) en heeft als voordelen een klein formaat, laag gewicht, laag energieverbruik en een lange levensduur. Sindsdien zijn we het "solid-state tijdperk" ingegaan, wat we tot nu toe het meest hebben gezien.  
De ontwikkeling van de eerste transistor tot veel van onze huidige vermogenselektronica heeft geleid tot een snelle ontwikkeling van de vermogenselektronicatechnologie. Deze apparaten worden over het algemeen discrete componenten genoemd, dat wil zeggen dat elke chip slechts één component bevat. Een ander halfgeleidergerelateerd apparaat dat we nog niet eerder hebben genoemd, zijn geïntegreerde schakelingen.      
       

geïntegreerde schakeling

Een geïntegreerde schakeling (Integrated Circuit, schakeling) is een micro-elektronisch apparaat dat door middel van een specifiek proces de transistors, weerstanden, condensatoren, spoelen en andere componenten en bedrading die nodig zijn voor een circuit met elkaar verbindt op een halfgeleidersubstraat. Dit substraat wordt vervolgens ingekapseld in een buisvormige behuizing, waardoor een microstructuur ontstaat met de vereiste circuitfuncties.  
De eerste geïntegreerde schakeling werd uitgevonden door Jack Kilby van Texas Instruments, maar deze had niet de vorm van de geïntegreerde schakelingen van vandaag.  
Aanvankelijk werden de componenten met aparte draden verbonden, maar eerder had Jean Horni van Fairchild Camera een planair fabricageproces ontwikkeld waarmee elektronische verbindingen op het chipoppervlak werden gevormd om transistors te maken. Hij maakte daarbij gebruik van de gemakkelijke manier waarop silicium isolator siliciumoxide vormt. Robert Noyce paste deze technologie vervolgens toe om afzonderlijke componenten, die al op het siliciumoppervlak waren aangebracht, met elkaar te verbinden. Uiteindelijk ontstond zo het patroon dat door alle geïntegreerde schakelingen wordt gebruikt.  
         

Vakmanschap en trends

Sinds 1947 heeft de halfgeleiderindustrie zich technologisch ontwikkeld en verbeterd, en die ontwikkeling zet zich tot op de dag van vandaag voort. Procesverbeteringen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: proces en structuur.  
Procesverbetering: Het produceren van apparaten en circuits in kleinere afmetingen, waardoor een hogere dichtheid, grotere aantallen en een hogere betrouwbaarheid mogelijk zijn.  
Structurele verbeteringen: Uitvindingen in nieuwe apparaatontwerpen maken betere prestaties, een betere beheersing van het energieverbruik en een hogere betrouwbaarheid mogelijk.  
De effecten van deze twee verbeteringen zijn goed te begrijpen aan de hand van de ontwikkelingsgeschiedenis van verschillende generaties IGBT's. Veel van de eerder genoemde factoren, zoals bepaalde defecten in het productieproces, kunnen uiteraard worden toegeschreven aan procesverbeteringen.  
De grootte en het aantal componenten in geïntegreerde schakelingen zijn twee veelvoorkomende indicatoren van IC-ontwikkeling. De grootte van een component wordt uitgedrukt door de kleinste afmeting in het ontwerp, die we de feature pattern size noemen. De ontwikkeling van kleinschalige geïntegreerde schakelingen naar de huidige miljoenenchips is mogelijk gemaakt door de reductie van de feature pattern size van een enkele component. Dit is te danken aan de grote verbetering van het patroonvormingsproces van fotolithografiemachines en meerlaagse bedradingstechnologie. Hier wordt tegenwoordig veel over gesproken, bijvoorbeeld over 22nm-, 10nm- of zelfs 7nm-chips, enzovoort. Een meer professionele term is gate width, oftewel de breedte van een deel van de gate. Kleinere en snellere transistors en schakelingen met een hogere dichtheid profiteren van kleinere gate widths. In dit verband moet ik de term "Wet van Moore" noemen, die ik enige tijd geleden vaak tegenkwam. Gordon Moore, een van de oprichters van Intel, voorspelde in 1965 dat het aantal transistors op een chip elke 18 maanden zou verdubbelen. Na jarenlange daadwerkelijke verificatie is dit percentage relatief nauwkeurig gebleken en vormt het de basis voor het voorspellen van de transistordichtheid op chips in de toekomst. Afhankelijk van het aantal componenten in het circuit, oftewel de mate van integratie, kunnen we verschillende niveaus onderscheiden: small-scale integration (SSI): 2-50 componenten per chip; medium-scale integration (MSI): 50-5000 componenten per chip; large-scale integration (LSI): 5000-100000 componenten per chip; very large-scale integration (VLSI): 100000-1000000 componenten per chip; very large-scale integration (ULSI): >1000000 componenten per chip.  
De wet van Moore is geen onbeperkte ontwikkeling in de tijd. De belangrijkste beperking ligt in de beperkingen van halfgeleidermaterialen en de productieprocessen. Daarom horen we regelmatig berichten dat het halfgeleidermateriaal silicium zijn limiet nadert. Het is dus noodzakelijk om nieuwe materialen te ontwikkelen en de apparatuur en het ontwerp voortdurend te verbeteren.  
         

Chip- en wafergrootte

We weten allemaal dat chips worden gemaakt op dunne schijven van silicium of andere halfgeleidermaterialen, die wafers worden genoemd.  
 
Bij de productie van een rechthoekige chip op een ronde wafer blijft er aan de rand van de wafer een onbruikbaar gebied over. Naarmate de chip groter wordt, worden deze onbruikbare gebieden ook groter. Daarom worden steeds grotere wafers gebruikt, wat de chipgrootte in feite verkleint en tegelijkertijd de productie-efficiëntie en -output verbetert. Dit is een van de redenen waarom de wafer is veranderd van 6 inch naar 8 inch en nu naar 12 inch.  
De chips van tegenwoordig worden steeds kleiner, de kosten dalen steeds verder en de prestaties stijgen steeds verder. Dit is te danken aan de procesverbeteringen en de ontwikkeling van apparatuur die we hierboven noemden, wat tevens heeft geleid tot een steeds heviger concurrentie in de halfgeleiderindustrie.  
Momenteel zijn er grofweg drie soorten fabrikanten: geïntegreerde fabrikanten (IDM): die ontwerp, productie, verpakking en verkoop integreren; foundry's: andere chipleveranciers produceren de chips; en fabless: die alleen verantwoordelijk zijn voor het ontwerp en de verkoop van de chip, waarbij de meeste andere schakels worden uitbesteed. Natuurlijk bestaan ​​er ook andere, onderling verweven modellen. Tegelijkertijd heeft de lokalisatie van halfgeleiders geleid tot een groeiend aantal binnenlandse halfgeleiderfabrikanten en steeds meer bedrijfsmodellen.  
         

schrijf aan het einde

De lokalisatie van de halfgeleiderindustrie is momenteel een trend, en dit hangt niet alleen af ​​van het aantal binnenlandse bedrijven, maar ook van hoeveel bedrijven in deze turbulente omgeving kunnen overleven. Kortom, als je tijd hebt om mee te varen op de wind en de golven, til dan je zeilen op en vaar de zee op!