XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

В прошлом году выходило много статей на темы, связанные с полупроводниковой индустрией: нехватка чипов, американский закон CHIPS, зависимость от Тайваня и TSMC, роль Китая, и т.д.

Для того чтобы лучше разобраться в данной проблеме лучше всего построить диаграмму, на которой будет видно, каким образом устроена разработка, создание и реализация полупроводников (рис. 1).

Рисунок 1 – Диаграмма разработки полупроводников

В полупроводниковой индустрии существуют компании семи типов. Каждый из этих типов передает ресурсы вверх по цепочке следующему, пока все это не придет на производство чипов («фабрику»), где собираются все схемы, оборудование и материалы, необходимые для производства. Если перечислять их снизу вверх, то это будет:

Сложные функциональные блоки (СФ-блоки).

Права на схему чипа могут принадлежать одной компании.

Некоторые компании продают лицензии на схемы своих чипов в виде блоков для широкого использования.

Инструменты для автоматизации проектирования электронных устройств.

Инженеры разрабатывают чипы (добавляя собственную функциональность поверх купленных СФ-блоков) при помощи специальных программ для автоматизации проектирования электронных устройств (EDA).

В этой индустрии доминируют три американских производителя - Cadence, Mentor (ныне принадлежащая Siemens) и Synopsys.

У крупной команды инженеров уходит по 2-3 года на разработку при помощи EDA сложного логического чипа, который затем в виде микропроцессора будет использоваться в телефоне, компьютере или сервере.

Специализированные материалы.

Кремниевые пластины – а для их производства нужны печи для выращивания кристаллов.

Более 100 газов – широкого применения (кислород, азот, двуокись углерода, водород, аргон, гелий) и экзотические/токсичные (фтор, трехфтористый азот, арсенид водорода, фосфин, трифторид бора, диборан, моносилан, и так далее).

Оборудование для производства пластин.

Это одни из самых сложных и дорогих машин на планете. Они принимают на вход заготовку из кремния и манипулируют ею на атомном уровне, как на поверхности, так и под нею.

Бесфабричные компании.

Они создают схемы чипов (при помощи СФ-блоков и собственных наработок), а потом отправляют их на фабрики для производства.

У них нет собственного оборудования для производства чипов и они не закупают специальные материалы и химикаты.

Производители интегральных устройств.

Производители интегральных устройств разрабатывают, производят на своих фабриках и продают собственные чипы.

У них есть свои фабрики, но они могут пользоваться и другими производствами.

6.2 Фабрики чипов.

Они покупают и интегрируют оборудование у разных производителей.

Они не разрабатывают сами чипы.

Фабрики по производству чипов.

Они есть у производителей интегральных устройств (IDM) и у фабрик. Разница только в том, делают они чипы на заказ или продают сами.

В заключение хотелось бы отметь, что написано все достаточно просто, но на практике это сложный технический процесс, на который уходит более 2-3 лет.

Список использованной литературы

Васин, В. А. Механизмы оборудования для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники: монография / В. А. Васин, Е. Н. Ивашов, С. В. Степанчиков; В. А. Васин, Е. Н. Ивашов, С. В. Степанчиков. – Москва: НИИ ПМТ, 2010. – 210 с. – ISBN 978-5-89671-007-3. – EDN QMUPZL.

Как устроена экосистема полупроводниковой индустрии, 2022 г. https://habr.com/ru/post/656071/.

06.16-19Б2.316 Новая эра кремниевых технологий как результат производства полупроводников на основе реакции радикалов // РЖ 19Б-2. Физическая химия (Кристаллохимия. Химия твердого тела. Газы. Жидкости. Аморфные тела. Поверхностные явления. Химия коллоидов). – 2006. – № 16. – EDN IFLYJH.