В настоящее время мы много обсуждаем полупроводники: материалы, устройства, инвестиции и т.д. Каждая тема имеет свою направленность. Материалы — это не что иное, как широкозонные полупроводниковые материалы третьего поколения; устройства — это в основном MOS-транзисторы, HEML-транзисторы и т.д. на основе широкозонных материалов, о которых мы уже говорили ранее; я не буду вдаваться в подробности об инвестициях, отраслевых тенденциях, корпоративной информации, фондовом рынке и т.д. Сегодня мы поговорим об истории полупроводниковой промышленности и узнаем об истоках этой отрасли.    
           

Вакуумные триоды «провоцируют проблемы».

Говоря о вакуумном триоде, следует отметить, что он был изобретен Ли Дефорестом в 1906 году, сделав возможным создание бытовой электроники, такой как радиоприемники и телевизоры. Он также был «мозгом» первого в мире электронного компьютера. Он занимал площадь почти 140 квадратных метров и весил 30 тонн. В нем использовалось около 19 000 вакуумных ламп и тысячи резисторов и конденсаторов. Вакуумный триод состоит из сетки и двух электродов, разделенных сеткой, в герметичном стеклянном пространстве. Внутри герметичного пространства находится вакуум, который предотвращает перегорание компонентов и способствует свободному движению электронов.  
   
Он выполняет две основные функции: переключение и усиление. Переключение подразумевает включение и выключение тока, а усиление — усиление тока или слабых сигналов при сохранении исходных характеристик сигнала. Однако у него есть ряд недостатков, таких как большие размеры, легкое ослабление соединений, короткий срок службы и быстрое старение.  
Эта серия недостатков привела к неизбежному развитию или замене этого устройства. В 1949 году Джон Бардин, Уолтер Браттин и Уильям Шокли из Bell Labs изобрели электронный усилитель, изготовленный из полупроводникового материала германия, который стал транзистором первого поколения (эти три учёных получили Нобелевскую премию по физике в 1956 году). Первоначально транзистор назывался «передающим резистором», а позже был переименован в транзистор.  
   
Этот тип транзистора включает в себя функции вакуумной лампы, является твердотельным, не имеет вакуума, обладает преимуществами малых размеров, малого веса, низкого энергопотребления и длительного срока службы. С тех пор мы вступили в «эру твердотельных транзисторов», которую мы наблюдаем наиболее активно на сегодняшний день.  
Развитие от первого транзистора до многих современных силовых электронных устройств привело к стремительному развитию технологии силовой электроники. Эти устройства обычно называют дискретными устройствами, то есть каждый чип содержит только один компонент. Еще одним устройством, связанным с полупроводниками, которое мы ранее не упоминали, являются интегральные схемы.      
       

интегральная схема

Интегральная схема (интегральная микросхема) — это микроэлектронное устройство, в котором с помощью определенного процесса на полупроводниковой подложке соединяются транзисторы, резисторы, конденсаторы, индукторы и другие компоненты и проводники, необходимые для работы схемы, а затем она помещается в трубчатую оболочку, образуя микроструктуру с необходимыми функциями схемы.  
Первую интегральную схему изобрел Джек Килби из компании Texas Instruments, но она не имела той формы, которая используется сегодня.  
Первоначально соединения осуществлялись отдельными проводами, но ранее Жан Хорни из Fairchild Camera разработал планарный производственный процесс, который формировал электронные переходы на поверхности чипа для создания транзисторов, используя преимущество легкости образования диэлектрика — оксида кремния. Затем Роберт Нойс применил эту технологию для соединения дискретных устройств, предварительно сформированных на поверхности кремния, в конечном итоге сформировав схему, используемую во всех интегральных схемах.  
         

Мастерство и тенденции

Начиная с 1947 года, полупроводниковая промышленность начала совершенствоваться и развиваться в технологическом плане, и это развитие продолжается до сих пор. Улучшения в технологическом процессе можно отнести к двум категориям: процесс и структура.  
Улучшение производственных процессов: изготовление устройств и схем меньших размеров, что позволяет повысить их плотность, увеличить объемы производства и надежность.  
Усовершенствования конструкции: инновации в разработке новых устройств позволяют повысить производительность, улучшить контроль энергопотребления и повысить надежность.  
Эффекты, вызванные этими двумя улучшениями, хорошо понятны из истории развития нескольких поколений IGBT-транзисторов. Конечно, многие из упомянутых нами ранее факторов, такие как некоторые дефекты в технологическом процессе и т. д., можно отнести к усовершенствованиям процесса.  
Размер и количество устройств в интегральных схемах — два распространенных показателя развития ИС. Размер устройства выражается наименьшим размером в проекте, который мы называем размером элемента рисунка. Развитие от малогабаритных интегральных схем до современных микросхем, насчитывающих миллионы чипов, стало возможным благодаря уменьшению размера элемента рисунка отдельного компонента, что, в свою очередь, стало возможным благодаря значительному совершенствованию процесса фотолитографии и технологии многослойной проводки. Это также широко обсуждается сегодня, например, в случае 22-нм, 10-нм или даже 7-нм чипов и т.д. Более профессиональным термином является ширина затвора, то есть мы контролируем ширину части затвора. Меньшие по размеру и скорости транзисторы, а также схемы с более высокой плотностью выигрывают от меньшей ширины затвора. Говоря об этом, я должен упомянуть термин «закон Мура», который я часто встречал некоторое время назад. Гордон Мур, один из основателей Intel, предсказал в 1965 году, что количество транзисторов на чипе будет удваиваться каждые 18 месяцев. После многолетней практической проверки этот показатель оказался относительно точным и стал основой для прогнозирования плотности транзисторов на кристалле в будущем. В зависимости от количества устройств в схеме, то есть уровня интеграции, его можно разделить на несколько уровней: малая интеграция (SSI): 2–50 элементов/чип; средняя интеграция (MSI): 50–5000 элементов/чип; большая интеграция (LSI): 5000–100000 элементов/чип; сверхбольшая интеграция (VLSI): 100000–1000000 элементов/чип; сверхбольшая интеграция (ULSI): >1000000 элементов/чип.  
Закон Мура не развивается без ограничений во времени. В основном его ограничивают возможности полупроводниковых материалов и методов их получения. Поэтому мы часто слышим новости о том, что полупроводниковый материал кремний приближается к своему пределу. Следовательно, необходимо разрабатывать новые материалы и постоянно совершенствовать оборудование и конструкцию.  
         

Размер чипа и вафли

Всем известно, что микросхемы изготавливаются на тонких кремниевых или других полупроводниковых подложках, называемых кремниевыми пластинами.  
 
Производство прямоугольного чипа на круглой пластине приводит к тому, что по краям пластины остается некоторая неиспользуемая область. При увеличении размера чипа эта неиспользуемая область также увеличивается, поэтому постепенно внедряются пластины большего размера, что замаскирует уменьшение размера чипа, а также повышает эффективность и производительность производства. Это одна из причин, почему размер пластин изменился с 6 дюймов до 8 дюймов, а теперь до 12 дюймов.  
Сегодня размеры микросхем постоянно уменьшаются, стоимость снижается, а производительность постоянно повышается. Это связано с усовершенствованием технологических процессов и развитием оборудования, о которых мы упоминали выше, что также привело к усилению конкуренции в полупроводниковой промышленности.  
На данный момент можно выделить примерно три типа производителей: производители интегрированных устройств (IDM): объединяющие проектирование, производство, упаковку и продажи; Foundry: производство микросхем другими поставщиками; Fabless: отвечающие только за проектирование и продажи микросхем, а большинство остальных звеньев переданы на аутсорсинг. Конечно, существуют и другие модели с чередованием функций. В то же время локализация производства полупроводников привела к увеличению числа отечественных производителей полупроводников и росту числа предприятий, работающих по корпоративной модели.  
         

напиши в конце

На данный момент локализация полупроводниковой промышленности — это тренд, и это зависит не только от количества отечественных компаний, но и от того, сколько компаний смогут выжить в этой турбулентной среде. Короче говоря, если у вас есть время, чтобы плыть по течению, отложите паруса и отправляйтесь в плавание!