מוליכים למחצה, אנחנו דנים כרגע הרבה על חומרים, התקנים, השקעות וכו'. לכל נושא יש מיקוד שונה. החומרים הם לא יותר מחומרי מוליכים למחצה בעלי פער פס רחב מהדור השלישי; ההתקנים הם בעיקר MOS, HEML וכו' המבוססים על חומרי WBG, עליהם דיברנו בעבר; אני לא אכנס לפרטים על השקעות, מגמות בתעשייה, מידע תאגידי, שוק המניות וכו'. היום אנחנו הולכים לדבר על ההיסטוריה של תעשיית המוליכים למחצה וללמוד על מקורותיה.    
           

טריודות ואקום "מעוררות צרות"

אם כבר מדברים על טריודת הוואקום, היא הומצאה על ידי לי דפורסט בשנת 1906, מה שאפשר את ייצורם של מוצרי אלקטרוניקה כמו רדיו וטלוויזיות. היא הייתה גם המוח של המחשב האלקטרוני הראשון בעולם. היא השתרעה על שטח של כמעט 140 מטרים רבועים ושקלה 30 טון. היא השתמשה בכמעט 19,000 שפופרות ואקום ואלפי נגדים וקבלים. טריודת הוואקום מורכבת מרשת ושתי אלקטרודות המופרדות על ידי הרשת בחלל אטום מזכוכית. פנים החלל האטום הוא ואקום, המונע מרכיבים מלשרוף ומקל על תנועה חופשית של אלקטרונים.  
   
יש לו שני תפקידים עיקריים: מיתוג והגברה. מיתוג מתייחס להדלקה וכיבוי של זרם, והגברה מתייחסת להגברת זרם או אותות קטנים תוך שמירה על הפונקציות האופייניות המקוריות של האות. עם זאת, ישנן מספר חסרונות, כגון גודל גדול, התרופפות קלה של חיבור, אורך חיים קצר והזדקנות מהירה.  
סדרה זו של ליקויים הובילה לפיתוחו או להחלפתו הבלתי נמנעים. בשנת 1949, ג'ון ברדין, וולטר ברטין וויליאם ממעבדות בל. משפחת שוקלי (ויליאם שוקלי) המציאו את המגבר האלקטרוני העשוי מחומר המוליך למחצה גרמניום, שהיה הטרנזיסטור מהדור הראשון (שלושת המדענים הללו זכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1956). הטרנזיסטור נקרא במקור "נגד תמסורת" ומאוחר יותר שונה שמו לטרנזיסטור.  
   
טרנזיסטור מסוג זה כולל את הפונקציות של שפופרת ואקום, והוא במצב מוצק, ללא ואקום, ויש לו יתרונות של גודל קטן, משקל קל, צריכת חשמל נמוכה ואורך חיים ארוך. מאז, נכנסנו ל"עידן המצב המוצק", וזה מה שראינו הכי הרבה עד כה.  
ההתפתחות מהטרנזיסטור הראשון ועד לרבים מההתקנים האלקטרוניים להספק הנוכחיים שלנו הובילה להתפתחות מהירה של טכנולוגיית האלקטרוניקה להספק. התקנים אלה מכונים בדרך כלל התקנים בדידים, כלומר, כל שבב מכיל רק רכיב אחד. התקן נוסף הקשור למחצה שלא הזכרנו קודם לכן הוא מעגלים משולבים.      
       

מעגל משולב

מעגל משולב (מעגל משולב) הוא מכשיר מיקרו-אלקטרוני המשתמש בתהליך מסוים כדי לחבר בין הטרנזיסטורים, הנגדים, הקבלים, המשרנים ורכיבים וחיווט אחרים הנדרשים במעגל על ​​גבי מצע מוליך למחצה, ולאחר מכן עוטף אותם במעטפת צינורית ליצירת מיקרו-מבנה עם פונקציות המעגל הנדרשות.  
המעגל המשולב הראשון הומצא על ידי ג'ק קילבי מחברת טקסס אינסטרומנטס, אך הוא לא היה צורת המעגל המשולב של ימינו.  
בתחילה הוא חובר באמצעות חוטים נפרדים, אך קודם לכן, ג'ין הורני מ-Fairchild Camera פיתחה תהליך ייצור מישורי שיצר צמתים אלקטרוניים על פני השבב כדי לייצר טרנזיסטורים, תוך ניצול קלות ייצור הסיליקון המבודד תחמוצת סיליקון. לאחר מכן, רוברט נויס יישם טכנולוגיה זו כדי לחבר התקנים בדידים שנוצרו מראש על פני הסיליקון, ובסופו של דבר יצר את התבנית המשמשת את כל המעגלים המשולבים.  
         

אומנות ומגמות

מאז 1947, תעשיית המוליכים למחצה החלה להשתפר ולהתפתח בטכנולוגיה, והיא עדיין מתפתחת כיום. ניתן לייחס שיפורי תהליכים לשתי קטגוריות: תהליך ומבנה.  
שיפור תהליכים: ייצור התקנים ומעגלים בגדלים קטנים יותר, המאפשרים להם צפיפות גבוהה יותר, כמויות גדולות יותר ואמינות גבוהה יותר.  
שיפורים מבניים: המצאות בעיצובי מכשירים חדשים מאפשרות ביצועים טובים יותר, שליטה טובה יותר בצריכת אנרגיה ואמינות גבוהה יותר.  
את ההשפעות שנגרמו על ידי שני השיפורים הללו ניתן להבין היטב מהיסטוריית הפיתוח של מספר דורות של IGBT. כמובן, רבים מהגורמים שהזכרנו קודם לכן, כגון פגמים מסוימים בתהליך הציוד וכו', ניתנים לייחס לשיפורי התהליך.  
גודל ומספר ההתקנים במעגלים משולבים הם שני סימנים נפוצים לפיתוח מעגלים משולבים. גודל ההתקן מתבטא בגודל הקטן ביותר בתכנון, שאנו מכנים גודל תבנית התכונה. ההתפתחות ממעגלים משולבים בקנה מידה קטן למיליון השבבים של ימינו נהנתה מהפחתת גודל תבנית התכונה של רכיב בודד, אשר נהנתה מהשיפור הגדול של תהליך יצירת דפוסים במכונת פוטוליתוגרפיה וטכנולוגיית חיווט רב-שכבתי. גם זה נדון הרבה בימינו, כמו שבבי 22 ננומטר, 10 ננומטר או אפילו 7 ננומטר וכו'. ביטוי מקצועי יותר הוא רוחב שער, כלומר, אנו שולטים ברוחב של חלק מהשער. טרנזיסטורים קטנים ומהירים יותר ומעגלים בעלי צפיפות גבוהה יותר נהנים מרוחב שער קטן יותר. בהקשר זה, אני חייב להזכיר את המונח "חוק מור" שראיתי לעתים קרובות לפני זמן מה. גורדון מור, ממייסדי אינטל, ניבא בשנת 1965 שמספר הטרנזיסטורים על שבב יוכפל כל 18 חודשים. לאחר שנים של אימות בפועל, קצב זה מדויק יחסית והפך לבסיס לחיזוי צפיפות הטרנזיסטורים על גבי שבבים בעתיד. בהתאם למספר ההתקנים במעגל, כלומר, רמת האינטגרציה, ניתן לחלק אותה למספר רמות: אינטגרציה בקנה מידה קטן (SSI): 2~50 יחידות/שבב; אינטגרציה בקנה מידה בינוני (MSI): 50~5000 יחידות/שבב; אינטגרציה בקנה מידה גדול (L SI): 5000~100000 יחידות/שבב; אינטגרציה בקנה מידה גדול מאוד (VLSI): 100000~1000000 יחידות/שבב; אינטגרציה בקנה מידה גדול מאוד (ULSI): >1000000 יחידות/שבב.  
חוק מור אינו מתפתח ללא הגבלה לאורך זמן. הוא מוגבל בעיקר על ידי מגבלות חומרי המוליכים למחצה והכנתם. לכן, נשמע את החדשות שחומר המוליך למחצה סיליקון מתקרב לקצה גבול היכולת שלו. לכן, יש צורך לפתח חומרים חדשים ולשפר ללא הרף את הציוד והעיצוב.  
         

גודל שבב ופלה

כולנו יודעים ששבבים מיוצרים על פרוסות דקות של סיליקון או חומרים מוליכים למחצה אחרים הנקראים ופלים.  
 
ייצור שבב מלבני על גבי פרוסה עגולה גורם ליצירת אזור לא שמיש בקצה הפרוסה. כאשר גודל השבב גדול יותר, אזורים לא שמישים אלה יהיו גם גדולים יותר, כך שפרוסות פרוסות גדולות יותר מאומצות בהדרגה, מה ש"מקטין" את גודל השבב במסווה, וגם משפר את יעילות הייצור והתפוקה. זוהי אחת הסיבות לכך שהפרוסה השתנתה מ-6 אינץ' ל-8 אינץ' וכעת ל-12 אינץ'.  
גדלי השבבים של ימינו הולכים וקטנים יותר ויותר, העלויות יורדות ויורדות, והביצועים עולים ויותר ויותר. זאת בשל שיפורי התהליכים ופיתוח הציוד שהזכרנו לעיל, מה שהוביל גם לתחרות עזה יותר ויותר בתעשיית המוליכים למחצה.  
נכון לעכשיו, ישנם בערך שלושה סוגים של יצרנים: יצרני התקנים משולבים (IDM): שילוב של תכנון, ייצור, אריזה ומכירות; Foundry: ספקי שבבים אחרים מייצרים שבבים; Fabless: אחראים רק על תכנון ומכירות שבבים, ורוב הקשרים האחרים מועברים למיקור חוץ. כמובן, ישנם מודלים משולבים אחרים. במקביל, הלוקליזציה של מוליכים למחצה הובילה ליותר ויותר יצרני מוליכים למחצה מקומיים ויותר ויותר מודלים ארגוניים.  
         

לכתוב בסוף

נכון לעכשיו, לוקליזציה של תעשיית המוליכים למחצה היא טרנד, וזה תלוי לא רק במספר החברות המקומיות, אלא גם בכמה חברות יכולות לשרוד בסביבה סוערת זו. בקיצור, אם יש לכם זמן לרכוב על הרוח והגלים, תלו את המפרשים שלכם והפליגו על פני הים!