V tomto příspěvku na blogu se podíváme na to, jak počátky polovodičového průmyslu zásadně změnily informační a komunikační technologie a průmyslovou strukturu.
Během několika posledních desetiletí prošel svět obrovskými změnami, s rychlým rozvojem informačních a komunikačních technologií v centru všeho. Informace, které byly kdysi v analogovém světě rozptýleny sem a tam, lze nyní převést na binární 0 a 1 a efektivně uložit na jeden tranzistor, jediný čip, jediný stroj. Tato změna nebyla jen technologickým pokrokem, ale zásadním posunem v našem každodenním životě, ekonomice a společnosti jako celku. Lidé nyní mohou volně komunikovat prostřednictvím strojů a doslova jsme vstoupili do éry, kdy máme většinu svých vymožeností jako na dlani. V tomto digitálním prostředí zaznamenaly softwarové služby explodující popularitu a jsou velmi žádané.
Kde se ale vzala tato zásadní revoluce v průmyslových změnách? Vývoj polovodičů a počátek polovodičového průmyslu. Vynález polovodičů zahájil v polovině 20. století novou éru technologických inovací. Umožnil zpracovávat data v dříve nepředstavitelném měřítku a položil základ pro existenci moderních počítačů a chytrých zařízení. Polovodiče jsou nyní nedílnou součástí našich životů a staly se důležitým průmyslovým odvětvím, které utváří nejen náš životní styl, ale také konkurenceschopnost ekonomik a národů.
Co přesně ale polovodič fyzicky znamená a jak poskytují schopnost ukládat a spravovat informace? Polovodič je doslova materiál, který je napůl vodič a napůl izolant (materiál, který nedovolí, aby jím procházel proud). Důležité slovo „polovina“ znamená, že může být současně vodičem i izolantem v různých časech. A nejdůležitější vlastností polovodičů je, že tyto elektrické vlastnosti můžeme snadno ovládat jejich stimulací. Díky těmto vlastnostem jsou polovodiče základem pro řízení elektrických signálů, což nám umožňuje provádět složité výpočty a zpracování dat. Díky tomu jsou polovodiče více než jen elektronická zařízení; jsou základními stavebními kameny všech moderních elektronických zařízení.
Abychom použili analogii, ještě před vývojem polovodičů byla teorie klasického elektromagnetismu již dobře zavedena fyzikem jménem James Clerk Maxwell. Nebyl problém vytvořit nádoby (kondenzátory a cívky), které by obsahovaly elektromagnetickou energii. Neexistovala však žádná technologie, která by to umožnila vytvořením ventilu pro připojení misek a regulaci toku energie mezi nimi. Polovodič je jednoduše mísa s ventilem nebo kohoutkem. Existuje mnoho typů polovodičů, z nichž každý reguluje otevírání a zavírání ventilu změnou napětí na něj, změnou intenzity světla, změnou teploty atd., a liší se nejen typem podnětu, na který reagují, ale také počtem vývodů, kterými protéká proud. Představíme si dvě nejjednodušší polovodičová zařízení. Dioda má jeden ventil, dva terminály a může dovolit, aby proud procházel z jedné strany na druhou, nebo vůbec, v závislosti na změně napětí. Tranzistor má tři vývody a jeho úkolem je dělit proud tekoucí z jedné vývody v určitém poměru na další dvě v závislosti na změně napětí.
Zatím jsem vám stručně popsal, co to jsou polovodiče a jak fungují. Abychom to shrnuli, polovodiče jsou zařízení, která mají schopnost ukládat, pohybovat a manipulovat s elektromagnetickou energií a informacemi. Polovodiče se navíc nepoužívají pouze k ovládání elektrických signálů, ale hrají klíčovou roli také ve vývoji pokročilých technologií, jako je umělá inteligence, internet věcí (IoT) a autonomní vozidla. Vývoj těchto technologií všechny úzce souvisí s vývojem polovodičové technologie a očekává se, že polovodiče budou hrát klíčovou roli ve vývoji budoucích technologií.
Jaký je tedy základní důvod konkurenčního růstu moderního polovodičového průmyslu, který podporuje vytváření nových elektronických zařízení a uspokojuje obrovskou poptávku po polovodičích? To je to, co průmysl často označuje jako „dárek z nebes“: písek, druhá nejrozšířenější a nejlevnější látka na zemském povrchu. Písek je oxidovaný křemík. Křemík je prvek, který sedí uprostřed periodické tabulky a je nejlepším polovodičem mezi vodiči a nevodiči. Výhody a možnosti tohoto levného a bohatého materiálu vedly k vývoji bipolárního tranzistoru od Williama Bradforda Shockleyho, Johna Bardeena a Waltera Brattaina v Bellových laboratořích. Od té doby se výzkum soustředil ve Spojených státech, včetně vývoje tranzistoru s efektem pole. Tento výzkum byl nejen vědeckým, ale i komerčním úspěchem. To znamenalo, že polovodiče již nebyly jen předmětem akademického výzkumu, ale byly také uznávány jako velmi důležitý ekonomický zdroj.
Zásadní je, že vývoj integrovaného obvodu Jackem Kilbym a Robertem Nortonem Noycem znamenal zásadní zlom a oporu ve vývoji polovodičů. Vývoj integrovaného obvodu byl tak vlivný, že byl oceněn Nobelovou cenou za fyziku, i když to nebyla čistá fyzika. Abychom ilustrovali sílu integrovaných obvodů na jednoduchém příkladu, který můžeme vidět kolem sebe, můžeme se podívat na příklad pájených rádií, které jsme všichni znali ve škole. Tato rádia jednoduše měla všechny správné součástky na desce a pak je připájela k sobě. Je to proto, že desky již byly navrženy a opatřeny cestami pro proudění. Jakmile budete mít návrh, který vyhovuje vašemu účelu, můžete jej hromadně vyrábět velmi levně opakováním návrhu stále dokola, stejně jako rytí nebo malování. Ještě více vzrušující je ale to, že nyní máme na čipu desítky tisíc tranzistorů, všechny zapojené v integrovaném obvodu a všechny spolupracují najednou. Jeho výroba je neuvěřitelně snadná a levná.
Mnoho polovodičových a polovodičových elektronických společností dosáhlo během několika posledních desetiletí neuvěřitelných produktů, příjmů a technologického pokroku. V celosvětovém měřítku změnily svět společnosti jako Intel, Fairchild, Texas Instruments, Qualcomm, Samsung, LG, Hynix a mnoho dalších elektronických společností ze Silicon Valley. Zejména jihokorejské Samsung Electronics a Hynix se etablovaly jako světoví lídři v oblasti paměťových polovodičů a významně tak přispěli k růstu jihokorejské ekonomiky. Polovodičový průmysl již není jen technologickým průmyslem, ale významným průmyslem, který přímo souvisí s ekonomickou konkurenceschopností zemí. Řízením neviditelného toku elektronů vytvořily polovodiče novou éru a revoluci v ekonomice, díky čemuž se staly jednou z nejmocnějších a nejmenších sil, které změnily svět.
