No setor de semicondutores, estamos discutindo muito sobre materiais, dispositivos, investimentos, etc. Cada tópico tem um foco diferente. Os materiais nada mais são do que semicondutores de banda larga de terceira geração; os dispositivos são principalmente MOS, HEML, etc., baseados em materiais WBG, sobre os quais já falamos anteriormente; não entrarei em detalhes sobre investimentos, tendências do setor, informações corporativas, mercado de ações, etc. Hoje, vamos falar sobre a história da indústria de semicondutores e aprender sobre as origens desse setor.    
           

Os triodos a vácuo "provocam problemas"

Falando do triodo a vácuo, ele foi inventado por Lee Deforest em 1906, tornando possível a criação de eletrônicos de consumo como rádios e televisores. Era também o cérebro do primeiro computador eletrônico do mundo. Ocupava uma área de quase 140 metros quadrados e pesava 30 toneladas. Utilizava cerca de 19,000 válvulas eletrônicas e milhares de resistores e capacitores. O triodo a vácuo é composto por uma grade e dois eletrodos separados pela grade em um espaço selado por vidro. O interior desse espaço selado é a vácuo, o que impede a queima dos componentes e facilita o livre movimento dos elétrons.  
   
Possui duas funções principais: comutação e amplificação. A comutação refere-se a ligar e desligar a corrente, e a amplificação refere-se a amplificar a corrente ou pequenos sinais, mantendo as características originais do sinal. No entanto, apresenta uma série de desvantagens, como tamanho grande, facilidade de afrouxamento das conexões, vida útil curta e envelhecimento rápido.  
Essa série de deficiências levou ao seu inevitável desenvolvimento ou substituição. Em 1949, John Bardeen, Walter Brattin e William Shockley, dos Laboratórios Bell, inventaram o amplificador eletrônico feito de germânio, um material semicondutor, que foi o transistor de primeira geração (esses três cientistas ganharam o Prêmio Nobel de Física em 1956). O transistor foi originalmente chamado de "resistor de transmissão" e posteriormente renomeado para transistor.  
   
Esse tipo de transistor inclui as funções de uma válvula eletrônica, mas é de estado sólido, não utiliza vácuo e apresenta as vantagens de tamanho reduzido, peso leve, baixo consumo de energia e longa vida útil. Desde então, entramos na "era do estado sólido", que é a era que mais vimos até agora.  
O desenvolvimento desde o primeiro transistor até muitos dos nossos atuais dispositivos eletrônicos de potência levou a um rápido avanço na tecnologia de eletrônica de potência. Esses dispositivos são geralmente chamados de dispositivos discretos, ou seja, cada chip contém apenas um componente. Outro dispositivo relacionado a semicondutores que não mencionamos anteriormente são os circuitos integrados.      
       

circuito integrado

Um circuito integrado (Integrated circuit) é um dispositivo microeletrônico que utiliza um determinado processo para interconectar transistores, resistores, capacitores, indutores e outros componentes e fios necessários em um circuito sobre um substrato semicondutor, e então o encapsula em uma casca tubular para formar uma microestrutura com as funções de circuito necessárias.  
O primeiro circuito integrado foi inventado por Jack Kilby, da Texas Instruments, mas não tinha o formato dos circuitos integrados que conhecemos hoje.  
Inicialmente, a conexão era feita por fios separados, mas anteriormente, Jean Horni, da Fairchild Camera, havia desenvolvido um processo de fabricação planar que formava junções eletrônicas na superfície do chip para produzir transistores, aproveitando a facilidade com que o silício formava o isolante óxido de silício. Robert Noyce, então, aplicou essa tecnologia para conectar dispositivos discretos pré-formados na superfície do silício, formando, eventualmente, o padrão usado por todos os circuitos integrados.  
         

Artesanato e Tendências

Desde 1947, a indústria de semicondutores vem aprimorando e desenvolvendo sua tecnologia, e esse desenvolvimento continua até hoje. As melhorias nos processos podem ser atribuídas a duas categorias: processo e estrutura.  
Aprimoramento de processos: Fabricação de dispositivos e circuitos em tamanhos menores, permitindo maior densidade, maior quantidade e maior confiabilidade.  
Melhorias estruturais: Inovações em novos projetos de dispositivos permitem melhor desempenho, melhor controle do consumo de energia e maior confiabilidade.  
Os efeitos resultantes dessas duas melhorias podem ser bem compreendidos a partir da história do desenvolvimento de várias gerações de IGBTs. É claro que muitos dos fatores que mencionamos anteriormente, como alguns defeitos no processo de fabricação dos equipamentos, etc., podem ser atribuídos às melhorias de processo.  
O tamanho e o número de dispositivos em circuitos integrados são dois indicadores comuns do desenvolvimento de CIs. O tamanho do dispositivo é expresso pela menor dimensão no projeto, que chamamos de tamanho do padrão de recurso (FPS). O desenvolvimento de circuitos integrados de pequena escala para os milhões de chips atuais se beneficiou da redução do tamanho do padrão de recurso de um único componente, o que, por sua vez, foi impulsionado pela grande melhoria do processo de fotolitografia e da tecnologia de interconexão multicamadas. Isso também é muito discutido atualmente, como em chips de 22 nm, 10 nm ou até mesmo 7 nm, etc. Uma expressão mais técnica é largura da porta (gate width), ou seja, controlamos a largura de uma parte da porta. Transistores menores e mais rápidos, bem como circuitos de maior densidade, se beneficiam de larguras de porta menores. Falando nisso, preciso mencionar o termo "Lei de Moore", que vi com frequência há algum tempo. Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, previu em 1965 que o número de transistores em um chip dobraria a cada 18 meses. Após anos de verificação prática, essa taxa se mostrou relativamente precisa e se tornou a base para prever a densidade de transistores em chips no futuro. De acordo com o número de dispositivos no circuito, ou seja, o nível de integração, podemos dividi-lo em vários níveis: integração em pequena escala (SSI): 2 a 50 unidades/chip; integração em média escala (MSI): 50 a 5000 unidades/chip; integração em grande escala (LSI): 5000 a 100000 peças/chip; integração em escala muito grande (VLSI): 100000 a 1000000 peças/chip; integração em escala muito grande (ULSI): >1000000 peças/chip.  
A Lei de Moore não se desenvolve indefinidamente ao longo do tempo. Ela é limitada principalmente pelas limitações dos materiais semicondutores e de sua fabricação. Portanto, ouviremos notícias de que o silício, um material semicondutor, está se aproximando de seus limites. Assim, torna-se necessário desenvolver novos materiais e aprimorar continuamente os equipamentos e o design.  
         

Tamanho do chip e do wafer

Todos sabemos que os chips são fabricados em finas lâminas de silício ou outros materiais semicondutores chamadas wafers.  
 
A fabricação de um chip retangular em um wafer circular resulta em uma área inutilizável nas bordas do wafer. Conforme o tamanho do chip aumenta, essas áreas inutilizáveis ​​também aumentam, o que levou à adoção gradual de wafers maiores. Isso "reduz" o tamanho do chip de forma disfarçada, além de melhorar a eficiência e a produção. Essa é uma das razões pelas quais o tamanho do wafer evoluiu de 6 polegadas para 8 polegadas e, atualmente, para 12 polegadas.  
Os chips atuais estão ficando cada vez menores, os custos cada vez mais baixos e o desempenho cada vez maior. Isso se deve às melhorias nos processos e ao desenvolvimento de equipamentos que mencionamos anteriormente, o que também levou a uma concorrência cada vez mais acirrada na indústria de semicondutores.  
Atualmente, existem basicamente três tipos de fabricantes: fabricantes de dispositivos integrados (IDMs): que integram design, fabricação, embalagem e vendas; fundições: onde outros fornecedores de chips fabricam os chips; e empresas fabless: responsáveis ​​apenas pelo design e vendas dos chips, terceirizando a maior parte das demais etapas. Naturalmente, existem outros modelos híbridos. Ao mesmo tempo, a localização da produção de semicondutores levou ao surgimento de um número cada vez maior de fabricantes nacionais e de modelos empresariais.  
         

escreva no final

Por enquanto, a localização da indústria de semicondutores é uma tendência, e isso depende não apenas do número de empresas nacionais, mas também de quantas empresas conseguirão sobreviver neste ambiente turbulento. Em resumo, se você tem tempo para enfrentar as marés, levante as velas e navegue pelo mar!