Благодаря полупроводникам изменилась структура промышленности. Давайте выясним, почему структура промышленности изменилась из-за полупроводников.


За последние несколько десятилетий мир столкнулся с огромными изменениями, и в центре этих событий оказалось быстрое развитие информационных и коммуникационных технологий. Информация, разбросанная здесь и там в аналоговом мире, хранилась в одном транзисторе, одном чипе и одной машине в виде двоичной информации 0 и 1.

Благодаря технологическим достижениям стало возможным свободное общение между машинами, и мы вступили в эпоху, когда большинство проблем, связанных с удобством, можно легко решить. И теперь, в этом онлайновом и цифровом мире, индустрия услуг на основе программного обеспечения быстро растет на фоне сенсационной популярности и огромного спроса. Что стало началом фундаментальной революции, создавшей ситуацию, в которой изменились модели поведения людей и промышленные структуры? Это развитие полупроводников и начало полупроводниковой промышленности.

Итак, что именно делает полупроводник и как он хранит информацию и управляет ею? Полупроводник буквально означает материал, который является наполовину проводником, наполовину изолятором (материал, через который не течет ток). Слово «половина», которое здесь важно, означает, что в зависимости от времени он может быть либо проводником, либо изолятором. И мы можем контролировать эти электрические свойства полупроводников, изменяя внешние условия, такие как свет, тепло, напряжение и ток. Чтобы легко объяснить это с помощью аналогии, теория классического электромагнетизма была полностью разработана физиком по имени «Джеймс Клерк Максвелл» еще до разработки полупроводников. У человечества не было проблем с созданием сосудов (конденсаторов и катушек), содержащих электромагнитную энергию. Однако не было технологии создания и эксплуатации клапана, соединяющего чаши друг с другом и управляющего движением энергии между ними. Проще говоря, полупроводник означает сосуд с клапаном или краном. Существует много типов полупроводников, и каждый полупроводник управляет открытием и закрытием клапанов посредством изменения приложенного к нему напряжения, изменения интенсивности света и изменения температуры. Помимо типа стимула, на который он реагирует, у него также есть терминал, через который протекает ток. Есть также различия в зависимости от их количества. В качестве показательного примера я хотел бы представить два простейших полупроводниковых устройства. Диод имеет клапан и две клеммы, и в зависимости от изменений напряжения он может пропускать ток с одной стороны на другую или вообще препятствовать его протеканию. Транзистор имеет три вывода, и его функция состоит в том, чтобы разделить ток, текущий от одного вывода, и направить его на оставшиеся два вывода в определенном соотношении в соответствии с изменениями напряжения.

До сих пор я дал краткое объяснение функций полупроводников. Подводя итог еще раз, полупроводник — это устройство, функция которого заключается в хранении, перемещении и манипулировании электромагнитной энергией и информацией. Итак, что же послужило движущей силой взрывного роста электронной промышленности, в том числе полупроводниковой, после разработки полупроводниковых приборов и нынешней ИТ-революции? Именно песок в промышленности часто называют даром Божьим, он занимает второе место по количеству на поверхности Земли и, соответственно, дешевле. Песок представляет собой окисленный кремний, а кремний находится в середине элемента 4-й группы периодической таблицы элементов, что делает его элементом, который обеспечивает наилучшую полупроводниковую функцию между проводниками и изоляторами. Благодаря преимуществам и возможностям этих дешевых и распространенных материалов в лаборатории Nokia Bell Labs были проведены исследования полупроводниковых устройств. С момента разработки биполярного переходного транзистора в Nokia Bell Labs разработка полевого транзистора активно велась в основном в США. Важно отметить, что важным поворотным моментом и ступенькой стала интегральная схема, разработанная «Джеком Килби» и «Робертом Нортоном Нойсом». Разработка интегральных схем оказала такое влияние, что получила Нобелевскую премию по физике, хотя это не была область чистой физики. Если мы объясним возможности интегральных схем на простых примерах, которые можно увидеть вокруг нас, мы увидим пример радиоприемника, сделанного с помощью пайки, который был легко доступен в школьные годы. Чтобы сделать это радио, достаточно было правильно подключить все элементы к плате, а затем припаять их к каждой плате. Причина в том, что путь, по которому может течь ток, уже спроектирован и отпечатан на плате. После того, как дизайн разработан для достижения желаемой цели, становится возможным массовое производство с очень низкими затратами, просто путем многократной печати дизайна на доске, как при гравировке или нанесении краски. Однако еще более удивительно то, что десятки тысяч транзисторов теперь соединены в интегральную схему внутри одного чипа, и все они одновременно работают исправно. Хотя способ производства на удивление прост и дешев.

Только в Корее многие компании, производящие полупроводниковую электронику, в том числе Samsung, LG и Hynix, за последние несколько десятилетий добились выдающихся результатов в производстве продукции, продаж и технологического прогресса. В глобальном масштабе такие компании, как Intel, Fairchild, Texas Instruments, Qualcomm и многие другие компании по производству электроники в Кремниевой долине изменили мир. Разве полупроводники, создавшие новую эру и вызвавшие экономическую революцию, управляя невидимым потоком электронов, не являются самой мощной и самой маленькой силой, изменившей мир?