I dette blogginnlegget skal vi se på hvordan halvlederindustriens begynnelse fundamentalt endret informasjons- og kommunikasjonsteknologi og industristruktur.
I løpet av de siste tiårene har verden gjennomgått enorme endringer, med den raske utviklingen av informasjons- og kommunikasjonsteknologi i sentrum for det hele. Informasjon som en gang var spredt her og der i den analoge verden, kunne nå konverteres til binære 0-er og 1-er og lagres effektivt på en enkelt transistor, en enkelt brikke, en enkelt maskin. Denne endringen var ikke bare et teknologisk fremskritt, men et stort skifte i vårt daglige liv, økonomien og samfunnet som helhet. Folk er nå i stand til å kommunisere fritt gjennom maskiner, og vi har bokstavelig talt gått inn i en tid der vi har de fleste av våre bekvemmeligheter i håndflaten. I dette digitale miljøet har programvarebaserte tjenester eksplodert i popularitet og er i enorm etterspørsel.
Men hvor kom denne fundamentale revolusjonen innen industriell endring fra? Utviklingen av halvledere og begynnelsen på halvlederindustrien. Oppfinnelsen av halvledere innledet en ny æra med teknologisk innovasjon på midten av 20-tallet. Den gjorde det mulig å behandle data i en tidligere utenkelig skala og la grunnlaget for eksistensen av moderne datamaskiner og smarte enheter. Halvledere er nå en integrert del av livene våre og har blitt en viktig industri som ikke bare former livsstilen vår, men også konkurranseevnen til økonomier og nasjoner.
Men hva betyr egentlig en halvleder fysisk, og hvordan gir de muligheten til å lagre og administrere informasjon? En halvleder er bokstavelig talt et materiale som er halvt leder og halvt isolator (et materiale som ikke tillater strøm å flyte gjennom det). Det viktige ordet «halvt» betyr at det kan være både en leder og en isolator til forskjellige tider. Og den viktigste egenskapen til halvledere er at vi enkelt kan kontrollere disse elektriske egenskapene ved å stimulere dem. Disse egenskapene gjør halvledere grunnleggende for å kontrollere elektriske signaler, noe som lar oss utføre komplekse beregninger og databehandling. Dette har gjort halvledere til mer enn bare elektroniske enheter; de er de viktigste byggesteinene i alle moderne elektroniske enheter.
For å bruke en analogi, selv før utviklingen av halvledere, var teorien om klassisk elektromagnetisme allerede godt etablert av en fysiker ved navn James Clerk Maxwell. Det var ikke noe problem å lage beholdere (kondensatorer og spoler) for å inneholde elektromagnetisk energi. Men det fantes ingen teknologi for å få det til å fungere ved å lage en ventil for å koble skålene og regulere energiflyten mellom dem. En halvleder er rett og slett en skål med en ventil eller kran. Det finnes mange typer halvledere, som hver regulerer åpningen og lukkingen av ventilen ved å endre spenningen som påføres den, endre lysintensiteten, endre temperaturen og så videre, og de skiller seg ikke bare i typen stimulus de reagerer på, men også i antall terminaler som strømmen flyter gjennom. Vi vil introdusere to av de enkleste halvlederenhetene. En diode har en enkelt ventil, to terminaler, og kan tillate strøm å flyte fra den ene siden til den andre, eller ikke i det hele tatt, avhengig av en endring i spenning. En transistor har tre terminaler, og dens oppgave er å dele strømmen som flyter fra den ene terminalen i et visst forhold til de to andre, avhengig av endringen i spenning.
Så langt har jeg gitt deg en kort beskrivelse av hva halvledere er og hvordan de fungerer. For å oppsummere er halvledere enheter som har evnen til å lagre, flytte og manipulere elektromagnetisk energi og informasjon. I tillegg brukes halvledere ikke bare til å kontrollere elektriske signaler, men spiller også en nøkkelrolle i utviklingen av avanserte teknologier som kunstig intelligens, tingenes internett (IoT) og autonome kjøretøy. Utviklingen av disse teknologiene er alle nært knyttet til utviklingen av halvlederteknologi, og halvledere forventes å spille en sentral rolle i utviklingen av fremtidige teknologier.
Så, hva er den grunnleggende årsaken bak den moderne halvlederindustriens konkurransedyktige vekst, som driver utviklingen av nye elektroniske enheter og møter den enorme etterspørselen etter halvledere? Det er det industrien ofte omtaler som en «gudegave»: sand, det nest mest forekommende og billigste stoffet på jordoverflaten. Sanden er oksidert silisium. Silisium er et grunnstoff som befinner seg midt i periodesystemet og er den beste halvlederen mellom ledere og ikke-ledere. Fordelene og mulighetene til dette billige og rikelige materialet førte til utviklingen av bipolar junction transistoren av William Bradford Shockley, John Bardeen og Walter Brattain ved Bell Labs. Siden den gang har forskningen vært sentrert i USA, inkludert utviklingen av felteffekttransistoren. Denne forskningen var ikke bare en vitenskapelig prestasjon, men også en kommersiell suksess. Dette betydde at halvledere ikke lenger bare var et objekt for akademisk forskning, men også ble anerkjent som en svært viktig økonomisk ressurs.
Avgjørende var utviklingen av den integrerte kretsen av Jack Kilby og Robert Norton Noyce som markerte et stort vendepunkt og et fotfeste i utviklingen av halvledere. Utviklingen av den integrerte kretsen var så innflytelsesrik at den ble tildelt Nobelprisen i fysikk, selv om den ikke var ren fysikk. For å illustrere kraften til integrerte kretser med et enkelt eksempel vi kan se rundt oss, kan vi se på eksemplet med loddede radioer som vi alle var kjent med på skolen. Disse radioene hadde ganske enkelt alle de riktige komponentene på et kort og loddet dem deretter sammen. Dette er fordi kortene allerede var designet og stemplet med baner for at strømmen skulle flyte. Når du har et design som fungerer for formålet ditt, kan du masseprodusere det veldig billig ved å gjenta designet om og om igjen, akkurat som gravering eller maling. Men det som er enda mer spennende er at vi nå har titusenvis av transistorer på en brikke, alle koblet sammen i en integrert krets, og de fungerer alle sammen samtidig. Det er utrolig enkelt og billig å produsere.
Mange halvleder- og halvlederbaserte elektronikkselskaper har gjort utrolige produkt-, inntekts- og teknologiske fremskritt de siste tiårene. På global skala har selskaper som Intel, Fairchild, Texas Instruments, Qualcomm, Samsung, LG, Hynix og mange andre elektronikkselskaper i Silicon Valley forandret verden. Sør-Koreas Samsung Electronics og Hynix har spesielt etablert seg som verdensledere innen minnehalvledere, og bidratt betydelig til veksten i den sørkoreanske økonomien. Halvlederindustrien er ikke lenger bare en teknologiindustri, men en viktig industri som er direkte knyttet til landenes økonomiske konkurranseevne. Ved å kontrollere den usynlige strømmen av elektroner har halvledere skapt en ny æra og revolusjonert økonomien, noe som gjør dem til en av de mektigste og mest små kreftene som har forandret verden.
