سیمی کنڈکٹرز، ہم فی الحال مواد، آلات، سرمایہ کاری وغیرہ کے بارے میں بہت بحث کر رہے ہیں۔ ہر موضوع پر ایک الگ توجہ ہے۔ مواد تیسری نسل کے وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر مواد سے زیادہ کچھ نہیں ہیں۔ ڈیوائسز بنیادی طور پر MOS، HEML وغیرہ ہیں۔ WBG مواد پر مبنی ہیں، جن کے بارے میں ہم پہلے بات کر چکے ہیں۔ میں سرمایہ کاری، صنعت کے رجحانات، کارپوریٹ معلومات، اسٹاک مارکیٹ وغیرہ کے بارے میں تفصیلات میں نہیں جاؤں گا۔ آج ہم سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی تاریخ کے بارے میں بات کرنے اور سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی ابتدا کے بارے میں جاننے جا رہے ہیں۔    
           

ویکیوم ٹرائیڈس "مصیبت کو ہوا دیتے ہیں"

ویکیوم ٹرائیوڈ کی بات کریں تو اسے لی ڈیفورسٹ نے 1906 میں ایجاد کیا تھا، جس سے صارفین کے الیکٹرانکس جیسے ریڈیو اور ٹیلی ویژن کو ممکن بنایا گیا تھا۔ یہ دنیا کے پہلے الیکٹرانک کمپیوٹر کا دماغ بھی تھا۔ اس نے تقریباً 140 مربع میٹر کے رقبے پر قبضہ کیا اور اس کا وزن 30 ٹن تھا۔ اس میں تقریباً 19,000 ویکیوم ٹیوبیں اور ہزاروں ریزسٹرس اور کیپسیٹرز استعمال کیے گئے۔ ویکیوم ٹرائیوڈ ایک گرڈ اور دو الیکٹروڈ پر مشتمل ہے جو شیشے کی بند جگہ میں گرڈ سے الگ ہوتے ہیں۔ سیل شدہ جگہ کے اندر ویکیوم ہے، جو اجزاء کو جلنے سے روکتا ہے اور الیکٹران کی آزادانہ نقل و حرکت کو آسان بناتا ہے۔  
   
اس کے دو بڑے کام ہیں: سوئچنگ اور ایمپلیفیکیشن۔ سوئچنگ سے مراد کرنٹ کو آن اور آف کرنا ہے، اور ایمپلیفیکیشن سے مراد سگنل کے اصل خصوصیت کے افعال کو برقرار رکھتے ہوئے کرنٹ یا چھوٹے سگنلز کو بڑھانا ہے۔ تاہم، نقصانات کا ایک سلسلہ ہے، جیسے بڑا سائز، آسان کنکشن ڈھیلا ہونا، مختصر عمر اور تیزی سے بڑھاپا۔  
کوتاہیوں کا یہ سلسلہ اس کی ناگزیر ترقی یا متبادل کا باعث بنا۔ 1949 میں بیل لیبز کے جان بارڈین، والٹر بریٹن اور ولیم دی شاکلیز (ولیم شاکلی) نے سیمی کنڈکٹر مواد جرمینیم سے بنا الیکٹرانک ایمپلیفائر ایجاد کیا جو کہ پہلی نسل کا ٹرانزسٹر تھا (ان تینوں سائنسدانوں نے 1956 کا فزکس کا نوبل انعام جیتا تھا)۔ ٹرانزسٹر کو اصل میں "ٹرانسمیشن ریزسٹر" کہا جاتا تھا اور بعد میں اسے ٹرانزسٹر کا نام دیا گیا۔  
   
اس قسم کے ٹرانزسٹر میں ویکیوم ٹیوب کے افعال شامل ہیں، اور یہ ٹھوس حالت ہے، اس میں کوئی خلا نہیں ہے، اس میں چھوٹے سائز، ہلکے وزن، کم بجلی کی کھپت اور طویل زندگی کے فوائد ہیں۔ تب سے، ہم "ٹھوس ریاستی دور" میں داخل ہو چکے ہیں، جو ہم نے اب تک سب سے زیادہ دیکھا ہے۔  
پہلے ٹرانزسٹر سے ہمارے بہت سے موجودہ پاور الیکٹرانک آلات کی ترقی نے پاور الیکٹرانکس ٹیکنالوجی کی تیزی سے ترقی کی ہے۔ ان آلات کو عام طور پر مجرد آلات کہا جاتا ہے، یعنی ہر چپ میں صرف ایک جزو ہوتا ہے۔ ایک اور سیمی کنڈکٹر سے متعلقہ ڈیوائس جس کا ہم نے پہلے ذکر نہیں کیا وہ ہے مربوط سرکٹس۔      
       

ایکیکرت سرکٹ

انٹیگریٹڈ سرکٹ (انٹیگریٹڈ سرکٹ) ایک مائیکرو الیکٹرانک ڈیوائس ہے جو سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ پر ایک سرکٹ میں درکار ٹرانزسٹرز، ریزسٹرس، کیپسیٹرز، انڈکٹرز اور دیگر اجزاء اور وائرنگ کو آپس میں جوڑنے کے لیے ایک مخصوص عمل کا استعمال کرتا ہے، اور پھر اسے ٹیوب شیل میں سمیٹ کر مطلوبہ سرکٹ کے افعال کے ساتھ مائکرو اسٹرکچر بناتا ہے۔  
پہلا انٹیگریٹڈ سرکٹ ٹیکساس انسٹرومینٹس کے جیک کِلبی نے ایجاد کیا تھا، لیکن یہ آج کے مربوط سرکٹ کی شکل نہیں تھی۔  
یہ ابتدائی طور پر الگ تاروں کے ذریعے جڑا ہوا تھا، لیکن اس سے قبل فیئر چائلڈ کیمرہ کے جین ہورنی نے پلانر مینوفیکچرنگ کا عمل تیار کیا تھا جس نے چپ کی سطح پر الیکٹرانک جنکشن بنا کر ٹرانزسٹر بنانے کے لیے، سلیکون کی آسانی سے انسولیٹر سلیکون آکسائیڈ بنانے کا فائدہ اٹھایا۔ اس کے بعد رابرٹ نوائس نے اس ٹیکنالوجی کو سلکان کی سطح پر پہلے سے تیار کردہ مجرد آلات کو جوڑنے کے لیے لاگو کیا، بالآخر تمام مربوط سرکٹس کے ذریعے استعمال ہونے والا پیٹرن بنا۔  
         

دستکاری اور رجحانات

1947 سے، سیمی کنڈکٹر کی صنعت نے ٹیکنالوجی میں بہتری اور ترقی کرنا شروع کر دی ہے، اور یہ آج بھی ترقی کر رہی ہے۔ عمل میں بہتری کو دو قسموں سے منسوب کیا جا سکتا ہے: عمل اور ساخت۔  
عمل میں بہتری: آلات اور سرکٹس کو چھوٹے سائز میں تیار کرنا، جس سے انہیں زیادہ کثافت، زیادہ مقدار، اور زیادہ بھروسہ حاصل ہو سکتا ہے۔  
ساختی بہتری: نئے آلات کے ڈیزائن میں ایجادات بہتر کارکردگی، بہتر توانائی کی کھپت پر قابو پانے اور اعلی وشوسنییتا کو قابل بناتی ہیں۔  
ان دو بہتریوں کے اثرات کو IGBT کی کئی نسلوں کی ترقی کی تاریخ سے بخوبی سمجھا جا سکتا ہے۔ بلاشبہ، بہت سے عوامل جن کا ہم نے پہلے ذکر کیا ہے، جیسے آلات کے عمل میں کچھ نقائص وغیرہ، کو عمل میں بہتری کا سبب قرار دیا جا سکتا ہے۔  
انٹیگریٹڈ سرکٹس میں آلات کا سائز اور تعداد آئی سی کی ترقی کی دو عام علامات ہیں۔ ڈیوائس کا سائز ڈیزائن میں سب سے چھوٹے سائز سے ظاہر ہوتا ہے، جسے ہم فیچر پیٹرن سائز کہتے ہیں۔ چھوٹے پیمانے کے انٹیگریٹڈ سرکٹس سے آج کے ملین چپس تک کی ترقی نے ایک جزو کے فیچر پیٹرن سائز میں کمی سے فائدہ اٹھایا ہے، جس سے فوٹو لیتھوگرافی مشین پیٹرننگ کے عمل اور ملٹی لیئر وائرنگ ٹیکنالوجی کی زبردست بہتری سے فائدہ ہوا ہے۔ آج کل اس پر بھی بہت بحث کی جاتی ہے، جیسے کہ 22nm چپس، 10nm یا 7nm وغیرہ۔ ایک زیادہ پیشہ ورانہ اظہار گیٹ کی چوڑائی ہے، یعنی ہم گیٹ کے حصے کی چوڑائی کو کنٹرول کرتے ہیں۔ چھوٹے اور تیز ٹرانجسٹرز اور زیادہ کثافت والے سرکٹس چھوٹے گیٹ کی چوڑائی سے فائدہ اٹھاتے ہیں۔ اس کے بارے میں بات کرتے ہوئے، مجھے "مور کے قانون" کی اصطلاح کا ذکر کرنا ہوگا جو میں نے اکثر کچھ عرصہ پہلے دیکھا تھا۔ انٹیل کے بانیوں میں سے ایک گورڈن مور نے 1965 میں پیش گوئی کی تھی کہ ہر 18 ماہ بعد ایک چپ پر ٹرانزسٹر کی تعداد دوگنی ہو جائے گی۔ سالوں کی اصل تصدیق کے بعد، یہ شرح نسبتاً درست ہے اور مستقبل میں چپس پر ٹرانزسٹروں کی کثافت کی پیشین گوئی کرنے کی بنیاد بن گئی ہے۔ سرکٹ میں آلات کی تعداد کے مطابق، یعنی انضمام کی سطح، ہم اسے کئی سطحوں میں تقسیم کر سکتے ہیں: چھوٹے پیمانے پر انضمام (SSI): 2~50 یونٹس/چِپ؛ درمیانے درجے کا انضمام (MSI): 50~5000 یونٹس/چپ؛ بڑے پیمانے پر انضمام (L SI): 5000~100000 ٹکڑے/چپ؛ بہت بڑے پیمانے پر انٹیگریشن (VLSI): 100000~1000000 ٹکڑے/چپ؛ بہت بڑے پیمانے پر انٹیگریشن (ULSI):>1000000 ٹکڑے/چپ۔  
مور کا قانون وقت کے ساتھ حد کے بغیر ترقی نہیں کرتا۔ یہ بنیادی طور پر سیمی کنڈکٹر مواد اور تیاری کی حدود سے محدود ہے۔ لہذا، ہم یہ خبر سنیں گے کہ سیمی کنڈکٹر مواد سلکان اپنی حد کے قریب پہنچ رہا ہے. لہذا، نئے مواد تیار کرنے اور آلات اور ڈیزائن کو مسلسل بہتر بنانے کے لئے ضروری ہے.  
         

چپ اور ویفر کا سائز

ہم سب جانتے ہیں کہ چپس سلکان کے پتلے ویفرز یا دیگر سیمی کنڈکٹر مواد پر بنائے جاتے ہیں جنہیں ویفرز کہتے ہیں۔  
 
سرکلر ویفر پر مستطیل چپ تیار کرنے کے نتیجے میں ویفر کے کنارے پر کچھ ناقابل استعمال جگہ باقی رہ جاتی ہے۔ جب چپ کا سائز بڑا ہوگا تو یہ ناقابل استعمال جگہیں بھی بڑی ہوں گی، اس لیے بڑے سائز کے ویفرز کو بتدریج اپنایا جاتا ہے، جو چپ کے بھیس میں سائز کو "کم" کرتا ہے، اور پیداواری کارکردگی اور پیداوار کو بھی بہتر بناتا ہے۔ یہ ایک وجہ ہے کہ ویفر 6 انچ سے 8 انچ اور اب 12 انچ تک تبدیل ہو گیا ہے۔  
آج کے چپ کے سائز چھوٹے سے چھوٹے ہوتے جا رہے ہیں، اخراجات کم سے کم ہوتے جا رہے ہیں، اور کارکردگی زیادہ سے زیادہ ہوتی جا رہی ہے۔ یہ عمل میں بہتری اور سازوسامان کی نشوونما کی وجہ سے ہے جس کا ہم نے اوپر ذکر کیا ہے، جس کی وجہ سے سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں بھی سخت مقابلہ ہوا ہے۔  
ابھی کے لیے، تقریباً تین قسم کے مینوفیکچررز ہیں: مربوط ڈیوائس مینوفیکچررز (IDM): ڈیزائن، مینوفیکچرنگ، پیکیجنگ اور سیلز کو مربوط کرنا؛ فاؤنڈری: دوسرے چپ سپلائرز چپس تیار کرتے ہیں۔ Fabless: صرف چپ ڈیزائن اور فروخت کے لیے ذمہ دار ہے، اور زیادہ تر دیگر لنکس آؤٹ سورس ہیں۔ بلاشبہ، دوسرے interleaved ماڈل ہیں. ایک ہی وقت میں، سیمی کنڈکٹرز کی لوکلائزیشن نے زیادہ سے زیادہ گھریلو سیمی کنڈکٹر مینوفیکچررز اور زیادہ سے زیادہ انٹرپرائز ماڈلز کو جنم دیا ہے۔  
         

آخر میں لکھیں

فی الحال، سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کا لوکلائزیشن ایک رجحان ہے، اور یہ نہ صرف ملکی کمپنیوں کی تعداد پر منحصر ہے، بلکہ اس پر بھی منحصر ہے کہ اس ہنگامہ خیز ماحول میں کتنی کمپنیاں زندہ رہ سکتی ہیں۔ مختصراً، اگر آپ کے پاس ہوا اور لہروں پر سوار ہونے کا وقت ہے، تو اپنے پال لٹکا کر سمندر کے پار چلیں!