Приветствую вас на канале Next 3D Print. Думаю, в последнее время все слышали про #полупроводники, и их #дефицит. Я предлагаю разобраться что они из себя представляют, окунуться в #историю , и как обстоят дела на самом деле. Так что предлагаю вам налить чаю, кофе или на ваш выбор напитка, устроиться с комфортом и начать.
Если вам проще усваивать материал на слух то можете посмотреть видео:
А для любителей текста сама статья:
Что является собой полупроводник?
Для начала надо определиться с понятиями, а для этого придется немного окунуться в #физику. Но не бойтесь мои хорошие грузить формулами и схемами я вас не буду, это больше вводный курс в основы.
Полупроводник представляет собой материал с особыми #электропроводными свойствами. Именно благодаря этим свойствам можно получить диод, а за ним и транзистор. На транзисторах у нас сейчас работает вся электроника. Важно отметить, что электроника и электрика — это разные вещи. То есть простой масляный обогреватель — это #электрический прибор, а не электронный, а вот если ему добавить блок управления, в котором будут транзисторы или микросхемы то он станет электронным прибором. То есть мы можем сделать такой вывод – что все приборы, где есть транзисторы или микросхемы то это #электроника, если этого нет, то это электрические приборы.
И думаю в этот момент меня поймут гитаристы, ведь электрогитара — это электрическая гитара, конечно сейчас есть и всякие интеллектуальные гитары, но это уже другое. Так что-то я немного отвлекся, вернемся к полупроводникам.
Диод, транзистор, микросхема.
Так вот сам по себе полупроводник, как мы говорили, это просто материал. А вот чтобы он выполнял поставленные задачи нужно создать #P-N переход. Так стоп не надо пугаться сейчас всё объясню на пальцах. Абы какой кремний нам не подойдет нам нужен чистейший а именно чистота материала должна составлять 99 и еще семь девяток после запятой, монокристалл кремния, моно означает что он имеет непрерывную кристаллическую решётку.
Затем этот кристалл нарезаем на тонкие пластины. Чтобы проще представить монокристалл кремния - это палка колбасы, а пластины это тот кусок колбасы, который вы кладете на хлеб.
А вот теперь берём эту кремниевую пластину и атомами фосфора или мышьяка проводим бомбардировку. По итогу мы получим уже полупроводник n-типа в котором электронов будет больше, это такие заряженные ребята в кремнии, а то что их больше означает что некоторые из них свободны. Кстати говоря, такая бомбардировка называется легирование полупроводников.
А вот если мы пластину насытим атомами бора то уже получается полупроводник p-типа. Это уже обратный тип полупроводника, то есть вместо электронов - их отсутствие, которое довольно просто называют: дырки.
Также мы можем на одной пластине проводить такие бомбёжки только определённых участков, тем самым, получая нужные типы полупроводников. Если немного углубиться в процесс создания микросхем, то самый близкий аналог будет, как ни удивительно, из кулинарии, а именно - многослойные торты.
Вот мы получили два полупроводника: P-типа с - дырками и N-типа - с электронами. И теперь, когда мы соединим их друг с другом, мы получим самый первый полупроводниковый компонент. Компонент это называется диод. Не идиот — это роман Достоевского, а #диод. Он, в принципе и называется из двух греческих слов два и путь, что он, собственно, из себя и представляет. Изучения над диодами велись и ранее, но в оборот эти компоненты как диод ввел Вильям Генри Иклс в 1919 году. Стоит отметить, что есть несколько типов диодов, но всё же сейчас я ввожу вас в общий курс дел.
Так вот, а если мы сделаем бутерброд из двух слоев P-типа, а между ними добавим слой N-типа или наоборот, то таким образом мы получим триод или же более популярно сказать #транзистор. По правде говоря, изобретение транзистора является величайшим достижением 20-го века. До этого были известны и очень часто пользовались вакуумные триоды и диоды, это период ламповых приборов.
В принципе вакуумные триоды и диоды выполняли все те же функции, что и полупроводниковые транзисторы и диоды, однако имели более крупные габариты, и большее энергопотребление.
То есть схематически ноутбук можно собрать и на ламповых приборах, но вот взять назвать его компактным и мобильным уже не получится. А чтобы его запитать вам потребуется электрогенератор. И думаю, далее не стоит объяснять почему полупроводники захватили все сферы? Я думаю, все и так это понимают, так что продолжим.
Грубо говоря, транзистор это такой переключатель, то есть при небольшом входном сигнале он может управлять значительным током на выходе, а также очень малым временем задержки. Кстати, на этом принципе строятся все транзисторные усилители.
Идём дальше, если мы добавим на кремний не один такой транзистор, а несколько десятков - то мы получим уже микросхему, которая может обладать логикой работы, или выполнять другие заранее заложенные в нее функции.
К слову, в современном компьютерном процессоре таком как Intel Core i9-12900K, количество транзисторов может достигать примерно 3 млрд.
Кризис полупроводников
Так вот плавно мы подошли к вопросу о всем насущном кризисе полупроводников. И исходя из всего о чём я уже сказал, у меня в голове немного не связывались определения, я думаю ну неужели кончается вещества, которые применяются в изготовлении полупроводников таких как: кремний, бор, сапфир, мышьяк и так далее.
Также был вопрос почему именно автопроизводители больше всех кричат о том, что сейчас кризис полупроводников.
Тем самым я углубился в этот вопрос, и оказалось, что официально это называется глобальная нехватка микросхем. И выражается он в том, что спрос превышает предложение примерно на 10-30%.
И логично что данный дефицит сказался на множестве отраслей и еще скажется.
Если смотреть в причины, то первым толчком стала пандемия ковид-19, когда многие производства были закрыты на карантин, а потребление электроники во всём мире выросло. Далее в октябре 2020 года произошёл пожар на Asahi Kasei Microdevices (AKM) которое входит в состав бизнес-групп Asahi Kasei Corporation. А выпускались там микросхемы используемые в обработке видео, мобильной связи, оптических сетях, которые применялись в автомобильных рынках. Это, кстати, и есть причина почему все автопроизводители кричат об этом дефиците. Ведь из-за этого пожара он затронул их сильнее.
Но было не так бы плохо если бы в марте 2021 года не произошел пожар еще на одном заводе компании Runesasu Erekutoronikusu Kabushiki Gaisha. Которая также производила микросхемы для автомобильной отрасли.
Тем самым я получил ответ почему об этом кризисе заявляет именно автомобильная промышленность.
Также стоит отметить то, что хоть и IT сфера не так пострадала, но там есть другая угроза, а именно до сих пор разворачивающийся майнинг криптовалюты. Так как спрос на комплектующие вырос многократно, что не могли предвидеть производители. Во многом он связан именно с дефицитом микросхем памяти, которые, кроме ноутбуков, игровых консолей, планках памяти для персональных компьютеров и серверов, также используются в видеокартах(которые разбирают майнеры, как горячие пирожки). Но на данный момент дефицит в этой сфере не такой большой, а производители в свою очередь продолжают наращивать обороты.
Когда я углубился в эту тему - я понял что, этот кризис не надуман, и не способ нарастить цену, хотя и не без этого скорее всего. Но и довольно закономерный итог современного мира. Так как сфер где применяются микросхемы всё больше, ведь сейчас практически вся бытовая техника носит гордое название “умная” что в свою очередь означает что там есть процессор который обрабатывает данные. В свою очередь рыночные механизмы повышают цену на товар, который пользуется спросом, тем самым ограничивая спрос, сохраняют товар на полках.
Вывод
На этом можно и заканчивать. Я постарался вкратце рассказать что есть полупроводник, а что - микросхема, а также немного покопаться и порассуждать на тему кризиса микросхем. И почему именно автомобильная промышленность об этом кризисе кричит больше всех. А вы, пожалуйста пишите в комментариях что думаете на эту тему, и сможет ли мир нарастить производство чтобы покрыть спрос. Не забываем подписываться на канал и поставить лайк, ссылки на все площадки в описании. Всем пока и до новых встреч!
- Мы в Дзене: https://zen.yandex.ru/next3dprint
- Мы в ВК: https://vk.com/next3d
- Мы на youtube: https://clck.ru/TvCwt
- Мы на rutube: https://goo.su/a845f
Автор: Зиновьев С. А.
Редактор: Богомолов М.М.