Полупроводники — это, без преувеличения, краеугольный камень в строении всего цифрового мира. Их производство очень сложное и очень дорогое, чрезвычайно важное, и поэтому тщательно отслеживаемое. Основные правила торговли микрочипами контролирует США в силу большинства прав на технологии. Основные производители: TSMC (Тайвань), Intel (США), Samsung (Южная Корея), UMC (Тайвань), IBM (США), GlobalFoundries (США ), STMicroelectronics (Швейцария).
Завод полупроводников на Тайване. Фото с просторов интернета.
Процесс создания микрочипа сложен и состоит из пяти этапов. Сначала идёт механическая обработка полупроводниковых пластин в основном кремниевых. После чего происходит их очистка жидкостным или газовым травлением. Далее наращивают слой полупроводника путем осаждения атомов на подложку. Так формируется новый слой проводника.
На третьем этапе произволят фотолитографию рельефа на пластине, а затем добавление электрически активных примесей для разделения кремния на p- и n-зоны. Делается это методом термической диффузии фосфора и бора в слой кристаллического кремния. Затем формируются контакты и пассивные элементы на полупроводниковой пластине. Путем вакуумного напыления тончайшего слоя металла создают дорожки, а добавлением оксидов специальных сплавов – резисторы и конденсаторы.
Производство полупроводников
Фото с просторов интернета.
Из-за специфических проблем ни одна страна не имеет у себя полный цикл производства микрочипов, и главной проблемой является себестоимость. В стоимость включается сам процесс создания микрочипов, производство оборудования — станков (литографическое оборудование), и программное обеспечение. Станки — сапперы производят в основном на голландской фирме ASML, программным обеспечением занимаются в Германии. Кроме того, есть еще производство комплектующих для стапперов, они расположены в Японии и США . Вообщем процесс глубоко глобализован, и да если кому-то удастся собрать весь цикл у себя, то он возглавит эту гонку.
Фабрика литографического оборудования ASML. Фото с просторов интернета.
В России также есть производитель микрочипов, завод Микрон в Зеленограде. В декабре прошлого года Микрон анонсировал первый отечественный микроконтроллер МК32 АМУР реализованый в экосистемме RISC-V. 32-битный МК32 АМУР разработан дизайн-центром НИИМА «Прогресс».
Новый микроконтроллер может применяться для промышленной автоматизации и интернета вещей, умного дома, инфраструктурных и охранных систем, телеметрии и мониторинга, приборов учета, ТЭК, транспорта, медицины, торговли, дорожной инфраструктуры и приборов, ЖКХ и других сферах. МК32 АМУР имеет встроенную криптозащиту, что позволяет полноценно использовать его в критической инфраструктуре и на объектах с повышенными требованиями к безопасности.
Открытая архитектура RISC-V дает возможность разработчикам и производителям не зависеть от владельцев патентов при создании и развитии новых электронных устройств и модулей, что снижает зависимость российской электроники от иностранных технологий и комплектующих. Сейчас микроконтроллер проходит стадию испытаний.
Производство полупроводников в РФ?!
Одновременно российская компания «Байкал Электроникс» — производитель российских процессоров Baikal решила протестировать установку микросхем в корпус своих изделий в России. Теперь, по мнению специалистов компании, их «корпусирование», как один из тех технологических процессов, приносящий большую часть добавочной стоимости, можно будет перенести на российскую территорию. «Корпусирование» процессоров Baikal будет производиться на заводе GS Nanotech, расположенном в городе Гусев Калининградской области, на территории инновационного кластера «Технополис GS». Единственное — процессоры Baikal производятся на тайваньской TSMC,что сейчас вызовет трудности. Конечно России ещё далеко до компьютеров, ноутбуков, смартфонов и т. д. собственного производства, но почин реализован.
Микроконтроллер МК32 АМУР от Микрон. Фото с просторов интернета.
США не планирует ввести жёсткий запрет на изготовление микрочипов на заказ, предполагается и это высоко вероятно, что будет введён экспортный контроль, и распространяется он на чипы двойного назначения, то есть с использованием в военной сфере. Это означает, что нужно будет получать разрешение. Их получение будет пока затруднено, тем более в свете последних событий, однако не все так безнадежно, сами производители оборудования лично заинтересованы в получении прибыли, поэтому различными путями, но поставки сохранятся пусть даже не в прежнем объёме.
Сейчас в производстве полупроводников развернулась борьба за уменьшение числа нанометров. При этом увеличивается цена микрочипа, причём разница значительна, а особых преемуществ на ключевые характеристики это не даёт, он просто становится тоньше и электроэнергии потребляет поменьше. Сверхскорости мы не увидим.
Поэтому гнаться за нанометрами в России, предположим если наладим производство, точно не не будут. Цена — эффект, не имеет смысла. Сейчас в России есть технологии на 90нм, да по меркам мировой индустрии — велосипед, но для большинства нужд вполне достаточно, это цифровое обеспечение основных сфер деятельности человека, прежде всего таких, как реализация автоматических процессов.
Вся промышленная электроника, и микросхемы для космоса и военных — это практически в 100% случаев технологии 180нм и толще. Таким образом, самые последние технологии нужны лишь для центральных процессоров (которые делать очень сложно/дорого из–за высоких рисков и высокого порога выхода на рынок), и различных гаджетов, ввоз которых на территорию РФ точно никто запрещать не будет. Кроме этого, на микросхеме есть контактные площадки, к которым подсоединяются выводы микросхем — их уменьшать некуда, и следовательно, если площадь микросхемы сравнима с площадью контактных площадок — то делать микросхему по более тонкой технологии также нет смысла.
Фото с просторов интернета.
Россия в начале большого пути, и отнюдь не дешёвого. Скорее всего пройдёт далеко не один год прежде чем мы сможем похвастаться чем-то на весь мир, но если не опускать руки и планомерно двигаться к цели мы ее достигнем. В конце хочу провести экскурс в историю создания ядерной бомбы в СССР.
США и Великобритания стали вести разработки в этом направлении намного раньше Советского союза. Разработки велись тайно, но утечка все же произошла. За рубежом было отличное оборудование огромное финансирование, большое количество учёных, против 50-ти советских ученых, которым приходилось детали для электроники закупать на обычных рынках. Было очевидно, что никто не верил в успех СССР, но отставание от «конкурентов» составило всего четыре года.
Источник: dzen.ru
ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ КОМПАНИЯ: определение, 10+ ведущих компаний мира
Полупроводник — это материал, который обычно состоит из кремния, который имеет немного более высокую электропроводность, чем стекло, но меньшую, чем у чистых проводников, таких как медь или алюминий. С добавлением примесей процесс, известный как легирование, их проводимость и другие свойства могут быть изменены в соответствии с уникальными требованиями электронного компонента, в котором они находятся.
Также известные как полуфабрикаты или чипы, полупроводники можно найти в тысячах продуктов, таких как компьютеры, смартфоны, бытовая техника, игровое оборудование и медицинское оборудование.
Обратите внимание, что:
- Полупроводник — это вещество, которое проводит больше электричества, чем изолятор, но меньше, чем чистый проводник, и присутствует в тысячах электронных изделий.
- Полупроводниковая промышленность стремится производить полупроводники меньшего размера, быстрее и дешевле.
Кто изобрел полупроводник?
Первая полупроводниковая технология, также известная как «кошачьи усы», была запатентована в 1901 году. Джагадису Чандре Бозе приписывают создание устройства. Для обнаружения радиоволн использовался точечный полупроводниковый выпрямитель под названием «кошачьи усы». Транзистор — это элемент технологии, сделанный из полупроводников.
Что такое полупроводниковая компания?
Полупроводниковая компания или промышленность создает и производит полупроводники, которые представляют собой крошечные электронные компоненты из арсенида галлия, германия или кремния. Почти каждое электронное устройство, включая телевизоры, компьютеры, медицинские диагностические приборы, сотовые телефоны и видеоигры, содержит полупроводники.
Кроме того, большие, громоздкие электронные лампы прошлого были заменены современными, постоянно уменьшающимися в размерах полупроводниками благодаря достижениям, достигнутым в полупроводниковой промышленности с 1960 года, что позволило создавать более компактные, быстрые и еще более надежные электронные устройства. Таким образом, фирмы и производители электроники в США, Японии, Китае и Южной Корее в настоящее время зарабатывают 400 миллиардов долларов в полупроводниковой промышленности.
Чем занимается полупроводниковая компания?
Исторически сложилось так, что производители полупроводников отвечали за каждый этап производства, от проектирования до производства. Но многие производители чипов в настоящее время передают все больше продукции другим компаниям в этом секторе. В последнее время появились литейные компании, занимающиеся только производством, которые предлагают привлекательные варианты аутсорсинга. Наряду с литейными заводами начинают расти ряды все более специализированных тестировщиков микросхем и проектировщиков. Бизнес по производству чипов становится более компактным и продуктивным.
В результате, в то время как многие полупроводниковые предприятия занимаются маркетингом и проектированием собственными силами, они предпочитают отдавать часть или все производство на аутсорсинг. Эти предприятия, называемые «производителями чипов без фабрик», имеют высокий потенциал роста, поскольку они не обременены расходами, связанными с производством.
Как работают полупроводники?
Полупроводниковые устройства могут проявлять множество полезных свойств, включая переменное сопротивление, способность проводить ток в одном направлении с большей готовностью, чем в другом, и способность реагировать на тепло и свет. Они фактически выполняют усиление сигнала, коммутацию и преобразование энергии.
Поэтому они широко используются практически во всех отраслях, а предприятия, их производящие и испытывающие, считаются надежными индикаторами состояния экономики в целом.
Наконец, поскольку полупроводниковые компоненты используются в различных потребительских и коммерческих продуктах, от автомобилей до компьютеров, мобильных устройств и персональной электроники, полупроводниковая промышленность является жизненно важным сектором как для США, так и для мировой экономики.
Типы полупроводников
В зависимости от элементов, которые вводятся вместе с кремнием в процессе «легирования», полупроводники можно разделить на две основные категории:
№1. Полупроводник N-типа
Полупроводник N-типа содержит одну или несколько примесей на основе пятивалентных атомов, таких как висмут, мышьяк, фосфор и сурьма.
№ 2. Полупроводник P-типа
Полупроводник p-типа имеет примеси валентного слоя с пятью электронами. Для этой цели часто используют фосфор, сурьму или мышьяк.
Для чего используются полупроводники?
Полупроводники можно условно разделить на четыре типа продуктов:
№1. Память
Микросхемы памяти взаимодействуют с мозгом компьютерных устройств и действуют как временные хранилища данных. Только горстка титанов, таких как Toshiba, Samsung и NEC, может позволить себе остаться в игре в результате продолжающейся консолидации рынка памяти, которая привела к беспрецедентно низкому уровню цен на память.
№ 2. Микропроцессоры
Это центральные процессоры, у которых есть фундаментальное мышление, необходимое для выполнения задач. За исключением Advanced Micro Devices, почти все конкуренты Intel были вынуждены занять более мелкие ниши или совершенно другие сегменты рынка из-за своего доминирования на рынке микропроцессоров.
№3. Товарная интегральная схема
Они производятся большими партиями для стандартных целей обработки и иногда называются «стандартными чипсами». Этот рынок, на котором доминируют очень крупные азиатские производители чипов, предлагает чрезвычайно низкую норму прибыли, за которую могут бороться только крупнейшие полупроводниковые фирмы.
№ 4. Комплекс СОК
Система на кристалле (SOC) — это создание микросхемы интегральной схемы с возможностями всей системы, вызванное растущим спросом на потребительские товары, сочетающие в себе новые функции и более низкие цены.
Топ-7 полупроводниковых компаний в мире
№1 Тайваньская компания по производству полупроводников (TSM)
- Доход: 72 миллиарда долларов
Крупнейшим в мире литейным заводом по производству полупроводников, который является отраслевым термином для компаний, производящих полупроводники по контракту для клиентов, является Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Для клиентов литейные заводы производят интегральные схемы. Taiwan Semi производит микросхемы многих полупроводниковых компаний от их имени.
№ 2 Корпорация Intel (INTC)
- Доход: 70 миллиарда долларов
Intel разрабатывает процессоры для рынков ПК и корпоративных серверов, причем ее крупнейшими подразделениями являются Client Computing Group и Data Center Group. Он также предлагает решения IoT, продукты памяти и хранения, технологии автономного вождения и программируемые полупроводники.
Компания производит контроллеры сетевых интерфейсов, интегральные схемы и наборы микросхем для материнских плат. Intel объявила о планах в 2021 году сделать значительные инвестиции в развитие своего литейного бизнеса, в том числе в США.
№3. Qualcomm Inc. (QCOM)
- Доход: 42 миллиарда долларов
Qualcomm — многонациональная полупроводниковая и телекоммуникационная компания, которая разрабатывает и продает продукты и услуги для беспроводной связи. Запатентованная технология CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов) от Qualcomm используется телекоммуникационными компаниями по всему миру и имеет решающее значение для развития беспроводной связи. Многие мобильные устройства используют чипсеты Snapdragon.
№ 4. Broadcom Inc. (АВГО)
- Доход: 33 миллиарда долларов
Для рынков сетей, телекоммуникаций и центров обработки данных Broadcom предлагает программное обеспечение, а также цифровые и аналоговые полупроводники. Он предлагает интерфейсы для маршрутизаторов, коммутаторов, процессоров, оптоволокна и Bluetooth-соединения на компьютерах.
# 5 Micron Technology Inc. (MU)
- Доход: 31 миллиарда долларов
Микросхемы памяти от Micron Technology используются в перезаписываемых дисковых системах хранения данных и флэш-памяти NAND. Компьютеры, бытовая электроника, автомобили, средства связи и серверы используют продукты компании.
№ 6. Корпорация NVIDIA (NVDA)
- Доход: 29 миллиарда долларов
Ведущим производителем графических процессоров для настольных компьютеров и бизнес-серверов является Nvidia. Высокая производительность, предлагаемая этими графическими процессорами или графическими процессорами, нужна майнерам криптовалюты, онлайн-геймерам и профессионалам, использующим автоматизированный дизайн.
№ 7. Прикладные материалы, Inc. (АМАТ)
- Доход: 26 миллиарда долларов
Компания Applied Materials является ведущим поставщиком капитального оборудования, используемого для производства жидкокристаллических экранов (ЖК-дисплеев) и полупроводников. По технологии компании создаются высококачественные кремниевые пластины, после чего на их поверхность наносится микроскопическая схема.
№8. ASE Technology Holding Co. Ltd. (ASX)
- Доход: 23 миллиарда долларов
ASE Technology — тайваньская холдинговая компания, предлагающая услуги по сборке, упаковке и тестированию полупроводников. Advanced Semiconductor Engineering Inc. и Siliconware Precision Industries Co., Ltd. объединили усилия для создания бизнеса.
№ 9. Усовершенствованные микроустройства (AMD)
- Доход: 23 миллиарда долларов
Advanced Micro Devices, Inc. (AMD) — глобальный полупроводниковый бизнес, который разрабатывает и производит микропроцессоры, графические процессоры (GPU) и другие аппаратные части для компьютеров. AMD — ведущий поставщик микропроцессоров для настольных и портативных компьютеров, игровых консолей, облачных и корпоративных серверов, а также других электронных устройств. Это ведущий производитель микропроцессоров для персональных компьютеров и серверов. AMD предлагает множество дополнительных продуктов и технологий в дополнение к своим основным микропроцессорным и графическим процессорам, таким как сети, память и программное обеспечение.
#10 ASML Holding NV (АСМЛ)
- Доход: 21 миллиарда долларов
Компания ASML, базирующаяся в Нидерландах, является лидером на рынке передовых систем литографии, которые производители микросхем используют для добавления схем к кремниевым пластинам. Его оборудование помогает производителям чипов наилучшим образом использовать дорогие пластины, повышая при этом производительность чипов.
Какая самая крупная полупроводниковая компания в США?
№1. Корпорация Intel (крупнейшая полупроводниковая компания в США)
Intel является пионером в разработке процессорных технологий и поддерживает международные инициативы. Они в основном используют высокопроизводительные процессоры в качестве полупроводниковых устройств.
№ 2. Нвидиа
Американская компания, занимающаяся полупроводниковыми технологиями, Nvidia производит системы на кристалле (SoC) и графические процессоры (GPU) (SoC).
№3. Инструменты Техаса
Процессоры цифровых сигналов, дискретные и интегральные схемы (ИС), калькуляторы и устройства цифровой обработки света производятся ведущей американской компанией по производству полупроводников TI (DLP).
№ 4. Микрон Технологии
Micron Technology — производитель полупроводниковых продуктов, таких как DRAM, модули и флэш-память NAND.
№ 5. Аналоговые устройства
Компания Analog Devices предлагает высокопроизводительные решения для обработки сигналов. Компания является мировым лидером в разработке и производстве интегральных схем DSP, схем со смешанными сигналами и аналоговых схем.
№ 6. Микрочиповая технология
Ведущие поставщики решений Flash-IP, смешанных сигналов, аналоговых устройств и микроконтроллеров включают Microchip Technology Inc.
№ 7. Скайворкс Солюшнс, Инк.
Среди производителей ультрасовременных аналоговых полупроводников для сетей и беспроводной связи Skyworks Solutions.
Что такое собственный полупроводник?
Собственный полупроводник, в отличие от полупроводников p-типа и n-типа, не содержит примесей или добавок. В собственных полупроводниках n = p, что представляет собой отношение возбужденных электронов к дыркам.
В какой стране больше всего полупроводниковых компаний?
Тайвань. Крупнейшим в мире производителем необработанных полупроводников является крошечное восточноазиатское государство Тайвань, чей дипломатический статус оспаривается Китаем. Это во многом связано с усилиями Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.
Кто является крупнейшим производителем чипов в мире?
Без упоминания корпорации Intel, крупнейшего производителя микросхем в мире по объемам производства, любое обсуждение полупроводниковой промышленности было бы неполным (NASDAQ: INTC).
Кто покупает больше всего компьютерных чипов?
Китай потребляет более 75% всех полупроводников, продаваемых в мире, но вносит лишь 15% в производство. Между тем, хотя Apple на сегодняшний день является крупнейшим покупателем чипов в мире, ее расходы в прошлом году сократились, и эта тенденция может сохраниться, поскольку компания переходит на процессоры для приложений, разработанные собственными силами.
Откуда берутся полупроводники?
Микрочипы и интегральные схемы (ИС) часто изготавливаются из германия, чистого кремния или таких соединений, как арсенид галлия. Эти компоненты содержат незначительные примеси, влияющие на проводимость материала.
Кто продает больше всего компьютерных чипов в мире?
Крупнейшим производителем полупроводниковых микросхем является Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited (TSMC). Около 90% высокопроизводительных чипов в мире производится этой компанией. Кроме того, на долю компании приходится более 50% мирового рынка литейного производства полупроводников.
Источник: businessyield.com
Виды техники для изготовления полупроводниковых деталей
Оборудование для полупроводниковой промышленности должно отличаться высокой точностью, поэтому к его комплектующим и сборке предъявляются особые требования. Компании, которые выпускают агрегаты для производства и обработки деталей электроники, имеют суперсовременные производственные комплексы. Наличие высококвалифицированных инженеров и современного программного обеспечения — обязательные условия производства высокоточных станков, систем и установок.
Особенно популярны шлифовальные станки и системы монтажа пластин Anda Semiconductor Technology, с техническими и эксплуатационными характеристиками которых можно ознакомиться на сайте компании. Здесь вы можете задать любой интересующий вопрос в специальной форме обратной связи. Опытные специалисты помогут вам лучше разобраться с возможностями техники и сделать правильный выбор.
Виды техники
Номенклатура оборудования для полупроводниковой промышленности широка и разнообразна. Это обуславливается огромным перечнем задач, которые приходится выполнять в этой сфере. К самым востребованным видам техники можно отнести:
- вакуумные насосы;
- оборудование для лазерной обработки;
- агрегаты вакуумного и магнетронного осаждения;
- шлифовальные станки;
- системы оптической литографии;
- устройства для плазмохимического и реактивного ионного травления;
- антивибрационная защита.
Даже этот неполный список включает в себя десятки единиц узкоспециализированного оборудования для полупроводниковой промышленности.
Характеристики оборудования
Одним из наиболее распространенных в полупроводниковом производстве видов оборудования являются вакуумные насосы. Вся высоковакуумная насосная техника работает в диапазоне низких давлений. Турбомолекулярные и диффузионные насосы сжимают откачиваемый газ до требуемого значения давления, после чего форвакуумный аппарат дожимает его до атмосферного и выводит в окружающую среду.
Механизм откачки криогенных приборов заключается в криосорбции и конденсации газа на холодных поверхностях. Ионные устройства производят откачку посредством образования устойчивых химических связей с предварительно распыленным титаном.
Станки для лазерной металлических изделий сегодня используются на многих производствах. В отличие от штамповки, для получения контурных деталей не требуется изготовление специальной оснастки (штампов), рез получается точным и качественным, не требующим дополнительной обработки.
Основным инструментом при лазерной резке является луч, который достаточно сфокусировать в нужном месте. Металл разрушается вследствие высокой плотности энергии. Кроме того, луч лазера монохроматичен, поэтому значения частоты и длины волны — величины постоянные. Лазер можно сконцентрировать даже на очень небольшом участке, что очень важно для полупроводниковых деталей малых размеров. И самое главное, это возможность увеличить мощность луча в несколько раз за счет резонанса.
В микроэлектронике и при производстве печатных плат широко применяется способ фотолитографии, суть которого заключается в получении на поверхности материала определенного рисунка. Метод основан на том, что на плоскость обработки наносится фоточувствительная пленка очень малой толщины. После чего происходит ее засвечивание с необходимым рисунком через фотошаблон, проэкспонированные зоны удаляют в проявителе.
При помощи специального оборудования можно добиться получения мельчайших узоров. Такая техника имеет суперсовременную оптику, длина световых волнн в которой достигает 100 нм.
Техника Anda Semiconductor Technology
Основанная в 2002 году, компания за это время выпустила десятки единиц высокотехнологичных агрегатов и материалов для полупроводниковой промышленности. Клиентами Anda Semiconductor Technology являются такие всемирно известные бренды, как Epson, Microsoft, AMD, Samsung, Sony, IBM, DELL и другие производители компьютерной и цифровой техники.
Большим спросом пользуются станки двусторонней шлифовки от Anda Semiconductor Technology. Они отличаются высокой системы контроля толщины и автоматической функцией выравнивания пластин. Благодаря точной регулировке скорости удается достичь отличной повторяемости результатов от пластине к пластине. Шлифовальный станки Anda Semiconductor Technology оснащены многоступенчатой системой программирования, что позволяет быстро менять условия обработки.
Также в полупроводниковой промышленности используется такой вид оборудования, как установки монтажа пластин. Модель NTS-360-i12 от Anda Semiconductor Technology позволяет устанавливать элементы Ø 50 мм и Ø 100 мм на нагреваемые керамические блоки. Нагрев производится бесконтактным способом, подача пластин осуществляется в кассетах, что способствует высокой скорости выполнения операций.
Источник: pkf4.ru