Напівпровідники: Розуміння об’єктів, які керують нашим цифровим життям

Що таке напівпровідник?

Напівпровідник - це матеріальний продукт, який зазвичай складається з кремнію, який проводить електрику більше, ніж ізолятор, наприклад скло, але менше чистого провідника, такого як мідь або алюмінію. Їх провідність та інші властивості можна змінити шляхом введення домішок, званих легуванням, для задоволення конкретних потреб електронного компонента, в якому він знаходиться.

Напівпровідники, також відомі як напівфабрикати або мікросхеми, можна знайти у тисячах продуктів, таких як комп’ютери, смартфонів, побутової техніки, ігрового обладнання та медичного обладнання.

Розуміння напівпровідників

Напівпровідникові пристрої можуть відображати цілий ряд корисних властивостей, таких як виявлення змінного опору, проходження струму легше в одному напрямку, ніж в іншому, і реагування на світло та тепло. Їх фактична функція включає посилення сигналів, перемикання та перетворення енергії. Тому вони знаходять широке застосування майже у всіх галузях промисловості, і компанії, які їх виробляють та випробовують, вважаються відмінними показників здоров'я в цілому економіки.

Типи напівпровідників

Загалом, напівпровідники поділяються на чотири основні категорії продуктів:

Пам'ять

Мікросхеми пам'яті служать тимчасовими сховищами даних і передають інформацію до мозку комп'ютерних пристроїв та з них. Консолідація ринку пам’яті триває, знижуючи ціни на пам’ять настільки низько, що лише деякі гіганти, такі як Toshiba, Samsung та NEC, можуть дозволити собі залишатися в грі.

Мікропроцесори

Це центральні процесори, які містять базову логіку для виконання завдань. Панування Intel в сегменті мікропроцесорів змусило майже всіх інших конкурентів, за винятком просунутих мікропристроїв, виходячи з основного ринку та в менші ніші або різні сегменти взагалі.

Товарна інтегральна схема

Іноді їх називають "стандартними чіпсами", вони виробляються величезними партіями для звичайної обробки. Цей сегмент, де переважають дуже великі азіатські виробники чіпів, пропонує мінімальні прибутки, за які можуть конкурувати лише найбільші напівпровідникові компанії.

Комплексний SOC

"Система на чіпі" - це, по суті, все про створення мікросхеми інтегральної схеми з можливістю всієї системи. Ринок обертається навколо зростаючого попиту на споживчі товари, які поєднують у собі нові можливості та нижчі ціни. Коли двері пам’яті, мікропроцесорів та товарних ринків інтегральних схем щільно закриті, сегмент SOC, мабуть, єдиний, у якого є достатня можливість залучити широкий спектр компаній.

Промисловість напівпровідників

Успіх у напівпровідниковій промисловості залежить від створення менших, швидших та дешевших продуктів. Перевага крихітності в тому, що на одну і ту ж мікросхему можна помістити більше енергії. Чим більше транзисторів на чіпі, тим швидше він може виконувати свою роботу. Це створює жорстку конкуренцію в галузі, а нові технології знижують її собівартість продукції за чіп, так що протягом кількох місяців ціна на новий чіп може впасти на 50%.

Це дало підстави назвати спостереження Закон Мура, де зазначено, що кількість транзисторів у щільних інтегральна схема подвоюється приблизно кожні два роки. Спостереження названо на честь Гордона Мура, співзасновника Fairchild Semiconductor та Intel, який у 1965 році написав статтю, де описує це. У наш час період подвоєння часто цитується як 18 місяців - цифра, наведена виконавчим директором Intel Девідом Хаусом.

Як наслідок, виробники чіпів мають постійний тиск придумати щось краще і навіть дешевше, ніж те, що визначено найсучаснішим лише за кілька місяців до цього. Тому напівпровідникові компанії мають підтримувати великі розміри дослідження та розвиток бюджетів. Асоціація з дослідження ринку напівпровідників IC Insights повідомила, що найбільший 10 напівпровідників компанії витратили в середньому 13,0% продажів на НДДКР у 2017 році, коливаючись від 5,2% до 24,0% для окремих осіб компаній.

Традиційно напівпровідникові компанії контролювали весь виробничий процес, від проектування до виробництва. Тим не менше, багато виробників чіпів зараз делегують все більше виробництва іншим індустріям. Ливарні компанії, єдиним бізнесом яких є виробництво, нещодавно вийшли на перший план, пропонуючи привабливі варіанти аутсорсингу. Окрім ливарних підприємств, ряди все більш спеціалізованих дизайнерів та випробувачів чіпів починають збільшуватися. Чіп -компанії стають більш економними та ефективними. Виробництво чіпсів зараз нагадує кухню ресторану для гурманів, де шеф -кухарі вишиковуються, щоб додати до цієї суміші лише потрібну пряність.

У 1980-х роках виробники чіпів жили з врожайністю (кількість робочих пристроїв із усіх виготовлених) 10-30%. Сьогодні деякі виробники чіпів стріляють на врожайність 80-90%. Це вимагає дуже дорогих виробничих процесів. В результаті багато напівпровідникових компаній займаються дизайном та маркетингом, але вирішують це зробити аутсорсинг частина або все виробництво. Відомий як байки виробники чіпів, ці компанії мають високий потенціал зростання, тому що вони не обтяжені накладними витратами, пов'язаними з виробництвом або "виробництвом".

Інвестування в напівпровідникову промисловість

Крім інвестування в окремі компанії, існує кілька способів моніторингу інвестиційних показників загального сектору. До них відноситься еталон Індекс напівпровідників PHLX, відомий як SOX, а також його похідні форми в біржові фонди. Існують також індекси, які розбивають цей сектор на виробників чіпів та виробників чіп -обладнання. Останній розробляє та продає машини та іншу продукцію, що використовується для проектування та випробування напівпровідників.

Крім того, деякі закордонні ринки, такі як Тайвань, Південна Корея та меншою мірою Японія, значною мірою залежать від напівпровідників, і тому їх індекси також дають підказки про здоров'я у всьому світі промисловості.

Особливі міркування щодо інвестування напівпровідників

Якщо інвестори напівпровідників можуть запам’ятати одну річ, це повинно бути, що галузь напівпровідників є дуже циклічною. Виробники напівпровідників часто бачать цикли "бум і падіння" на основі базового попиту на продукцію на основі чіпів. Коли хороші часи, норми прибутку може працювати дуже високо у виробників чіпів; Однак, коли попит падає, ціни на чіпи можуть різко впасти і мати великий вплив на багато галузей промисловості. ланцюги поставок.

Попит зазвичай відстежує попит кінцевого ринку на персональні комп’ютери, мобільні телефони та інше електронне обладнання. У сприятливі часи такі компанії, як Intel та Toshiba, не можуть виробляти мікрочіпи досить швидко, щоб задовольнити попит. У важкі часи вони можуть бути абсолютно жорстокими. Повільні продажі ПК, наприклад, можуть послабити галузь - та ціни на її акції - у «кінець хвоста».

У той же час немає сенсу говорити про "цикл чіпів" так, ніби це подія особливого характеру. Хоча напівпровідники все ще є суттєвим бізнесом, його кінцеві ринки настільки численні - ПК, зв'язок інфраструктури, автомобільної промисловості, споживчих товарів тощо - що навряд чи надлишок потужностей в одній області принесе увесь будинок вниз.

Ризики циклічності

Дивно, але циклічність галузі може забезпечити певний комфорт для інвесторів. У деяких інших технологічних секторах, таких як телекомунікаційне обладнання, ніколи не можна бути повністю впевненим, чи є статки циклічними чи світський. Навпаки, інвестори можуть бути майже впевнені, що ринок повернеться в якийсь момент у не дуже далекому майбутньому.

Хоча циклічність пропонує певний комфорт, вона також створює ризик для інвесторів. Виробники чіпів повинні регулярно брати участь у азартних іграх з високими ставками. Великий ризик походить від того факту, що після масштабного проекту розвитку компанії можуть знадобитися багато місяців, а то й років, щоб дізнатися, чи вдалося їм виграти джекпот, чи все це зірвало. Однією з причин затримки є переплетена, але фрагментована структура галузі: різні сектори досягають піку та спаду в різний час.

Наприклад, нижча точка для ливарних заводів часто настає набагато раніше, ніж для дизайнерів чіпів. Інша причина - довга індустрія час виконання: Щоб розробити чіп або побудувати ливарний завод, потрібні роки, і навіть довше, перш ніж продукти зароблять гроші.

Напівпровідникові компанії стикаються з класичною головоломкою, чи це технологія, що рухає ринок, чи ринок, який керує цією технологією. Інвестори повинні визнати, що обидва вони мають чинність для напівпровідникової промисловості.

Поширені запитання про напівпровідники

Чим напівпровідник відрізняється від провідника чи ізолятора?

Напівпровідник по суті функціонує як гібрид провідника та ізолятора. Оскільки провідники - це матеріали з високою провідністю, які дозволяють протікати заряду під час подачі напруги, а ізолятори не пропускають струм, напівпровідники по черзі діють як ізолятор і провідник необхідний.

Що таке напівпровідник N-типу?

Напівпровідник n-типу-це домішковий змішаний напівпровідник, який використовує п’ятивалентні нечисті атоми, такі як фосфор, миш’як, сурма, вісмут.

Що таке напівпровідник типу Р?

Напівпровідник типу р-це тип зовнішнього напівпровідника, який містить тривалентні домішки, такі як бор і алюміній, що підвищує рівень провідності звичайного напівпровідника, виготовленого виключно з кремній.

Що таке внутрішній напівпровідник?

Внутрішній чи чистий напівпровідник-це напівпровідник, до якого не додаються домішки або легуючі речовини, як у випадку напівпровідників p-типу та n-типу. У власних напівпровідниках кількість збуджених електронів та кількість дірок рівні: n = p.