Điện bán dẫn là gì và nó được sử dụng như thế nào?

Điện bán dẫn là gì?

Bán dẫn là một vật liệu có một số tính chất của cả chất cách điện và chất dẫn điện (do đó bán có nghĩa là nửa hoặc một phần, chất dẫn). Bán dẫn thường được làm từ silic vì chất này dẫn điện hơn chất cách điện như thủy tinh nhưng kém hơn chất dẫn điện thuần túy như đồng hoặc nhôm. Độ dẫn điện và các tính chất khác có thể được thay đổi bằng cách thêm vào các tạp chất, gọi là doping, để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của thành phần điện tử mà nó chứa.

Cũng được biết đến như bán dẫn hoặc vi mạch, bán dẫn có thể được tìm thấy trong hàng ngàn sản phẩm như máy tính, điện thoại thông minh, thiết bị gia dụng, phần cứng chơi game và thiết bị y tế.

Những điểm chính

Hiểu về Bán dẫn

Thiết bị bán dẫn có thể hiển thị một loạt các tính chất hữu ích, chẳng hạn như có trở kháng biến thiên, dòng điện dễ dàng đi qua hướng này hơn là hướng khác, và phản ứng với ánh sáng và nhiệt. Chức năng thực tế của chúng bao gồm tăng tín hiệu, chuyển mạch và chuyển đổi năng lượng.

Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp. Các công ty sản xuất và kiểm tra bán dẫn được coi là các chỉ số xuất sắc của sức khỏe của nền kinh tế tổng thể.

Ngành công nghiệp bán dẫn là một ngành rất quan trọng đối với cả nền kinh tế Mỹ và thế giới, với các thành phần bán dẫn được tìm thấy trong một loạt các sản phẩm tiêu dùng và thương mại, từ xe hơi đến máy tính đến thiết bị di động và điện tử cá nhân.

Loại Bán dẫn

Bán dẫn được chia thành hai loại chính dựa trên các nguyên tố kèm theo silic, quá trình được gọi là 'doping.' Những 'tạp chất' này được giới thiệu vào silic tinh thể để thay đổi các tính chất của bán dẫn hoàn thành:

• Một bán dẫn loại
  n chứa một hoặc nhiều tạp chất dựa trên nguyên tử năm lớp như photpho, asen, chì, và bismon.
• Một bán dẫn loại p có tạp chất với năm electron trong lớp vỏ của nó. Photpho thường được sử dụng cho mục đích này, cũng như asen, hoặc chì.

Các Ứng dụng của Bán dẫn

Nói chung, bán dẫn được chia thành bốn nhóm sản phẩm chính:

Bộ nhớ

Các vi mạch bộ nhớ phục vụ như kho lưu trữ tạm thời dữ liệu và truyền thông tin đi và đến từ bộ não của các thiết bị máy tính. Sự hợp nhất của thị trường bộ nhớ tiếp tục diễn ra, đẩy giá bộ nhớ xuống mức thấp chỉ có một vài công ty lớn như Toshiba, Samsung và NEC mới có thể đủ khả năng để ở lại trong cuộc chơi.

Bộ xử lý vi mạch

Đây là các đơn vị xử lý trung tâm chứa các logic cơ bản để thực hiện các nhiệm vụ. Sự thống trị của Intel trong đoạn vi xử lý vi mạch đã buộc hầu hết các đối thủ khác, ngoại trừ Advanced Micro Devices, phải rời khỏi thị trường chính và vào các phân khúc nhỏ hơn hoặc các đoạn khác hoàn toàn.

Mạch tích hợp hàng hóa

Đôi khi được gọi là 'chip chuẩn', chúng được sản xuất hàng loạt lớn cho mục đích xử lý hàng ngày. Bị thống trị bởi các nhà sản xuất chip lớn ở châu Á, đoạn này cung cấp các biên lợi nhuận rất mỏng mà chỉ có các công ty bán dẫn lớn nhất mới có thể cạnh tranh được.

SOC phức tạp

'Hệ thống trên một chip' về cơ bản là việc tạo ra một vi mạch tích hợp có khả năng của một hệ thống toàn bộ. Thị trường quay quanh nhu cầu tăng của sản phẩm tiêu dùng kết hợp các tính năng mới và giá thành thấp hơn. Với cửa vào thị trường bộ nhớ, vi xử lý vi mạch và mạch tích hợp hàng hóa bị đóng chặt, đoạn SOC có lẽ là đoạn duy nhất còn đủ cơ hội để thu hút một loạt các công ty.

Ngành Công nghiệp Bán dẫn

Thành công trong ngành công nghiệp bán dẫn phụ thuộc vào việc tạo ra các sản phẩm nhỏ hơn, nhanh hơn và rẻ hơn. Lợi ích của việc nhỏ hơn là có thể đặt nhiều công suất hơn trên cùng một vi mạch. Càng nhiều transistor trên một vi mạch, nó càng nhanh. Điều này tạo ra sự cạnh tranh gay gắt trong ngành và các công nghệ mới giảm chi phí sản xuất mỗi vi mạch.

Điều này dẫn đến các quan sát được gọi là Định luật Moore, nói rằng số lượng transistor trong một mạch tích hợp dày đặc tăng gấp đôi khoảng mỗi hai năm. Quan sát này được đặt theo tên Gordon Moore, người đồng sáng lập Fairchild Semiconductor và Intel, người đã viết một bài báo mô tả nó vào năm 1965. Ngày nay, giai đoạn tăng gấp đôi thường được trích dẫn là 18 tháng - con số được trích dẫn bởi cố vấn Intel David House.

Do đó, có áp lực liên tục lên các nhà sản xuất chip phải đưa ra một cái gì đó tốt hơn và còn rẻ hơn so với những gì được xác định là tiên tiến chỉ vài tháng trước đó. Do đó, các công ty bán dẫn cần duy trì ngân sách nghiên cứu và phát triển lớn. Hiệp hội nghiên cứu thị trường bán dẫn IC Insights dự báo tỷ suất tăng trưởng hằng năm kết hợp (CAGR) của các công ty bán dẫn sẽ tăng khoảng 5,5% trong giai đoạn từ 2022 đến 2026.

Sản xuất Bán dẫn

Truyền thống, các công ty bán dẫn kiểm soát toàn bộ quy trình sản xuất, từ thiết kế đến sản xuất. Tuy nhiên, nhiều nhà sản xuất chip hiện nay đang ủy quyền sản xuất nhiều hơn cho những người khác trong ngành. Các công ty foundry, chuyên sản xuất, đã mới đây nổi lên, cung cấp các lựa chọn outsourcing hấp dẫn. Ngoài các công ty foundry, số lượng các nhà thiết kế và kiểm tra chip ngày càng tăng lên. Các công ty chip đang nổi lên một cách gọn gàng và hiệu quả hơn. Sản xuất chip giờ đây giống như một nhà hàng nổi tiếng, nơi các đầu bếp sẵn sàng thêm gia vị phù hợp vào hỗn hợp.

Vào những năm 1980, các nhà sản xuất chip sống chung với tỷ lệ sản phẩm tốt (số lượng thiết bị hoạt động so với tổng số sản xuất) từ 10-30%. Bây giờ, các nhà sản xuất chip đang hướng tới tỷ lệ sản phẩm tốt không dưới 90%. Điều này yêu cầu các quy trình sản xuất rất đắt tiền.

Do đó, nhiều công ty bán dẫn thực hiện thiết kế và tiếp thị nhưng chọn ủy quyền một phần hoặc toàn bộ quy trình sản xuất. Được biết đến như là các nhà sản xuất chip fabless, những công ty này có tiềm năng tăng trưởng cao vì không gánh nặng chi phí hoạt động liên quan đến 'sản xuất,' hay chế tạo.

Đầu tư trong Ngành Công nghiệp Bán dẫn

Ngoài việc đầu tư vào các công ty cá nhân, còn có một số cách để theo dõi hiệu suất đầu tư của toàn ngành. Các chỉ số đánh giá như Chỉ số Bán dẫn PHLX, được biết đến với tên gọi SOX, cũng như các dạng tương lai của nó trong các quỹ giao dịch trên sàn. Cũng có các chỉ số phân tích ngành thành các nhà sản xuất chip và nhà sản xuất thiết bị chip. Phần sau phát triển và bán máy móc và các sản phẩm khác được sử dụng để thiết kế và kiểm tra bán dẫn.

Ngoài ra, một số thị trường nước ngoài như Đài Loan, Hàn Quốc, và một phần Nhật Bản phụ thuộc rất nhiều vào bán dẫn. Các chỉ số của họ cũng cung cấp những dấu hiệu về sức khỏe của ngành công nghiệp toàn cầu.

Những Quan điểm Đặc biệt cho Đầu tư vào Bán dẫn

Nếu nhà đầu tư bán dẫn có thể nhớ một điều, đó nên là ngành công nghiệp bán dẫn có tính chu kỳ cao. Các nhà sản xuất bán dẫn thường trải qua các chu kỳ 'bùng nổ và suy thoái' dựa trên nhu cầu cơ bản cho các sản phẩm dựa trên chip. Khi thời thế tốt đẹp, biên lợi nhuận có thể rất cao đối với các nhà sản xuất chip; khi nhu cầu giảm sút, tuy nhiên, giá chip có thể giảm mạnh và có tác động lớn đến chuỗi cung ứng của nhiều ngành.

Nhu cầu thường theo dõi nhu cầu cuối cùng cho máy tính cá nhân, điện thoại di động và các thiết bị điện tử khác. Khi thời thế tốt đẹp, các công ty như Intel và Toshiba không thể sản xuất vi mạch đủ nhanh để đáp ứng nhu cầu. Khi thời thế khó khăn, chúng có thể rất tàn khốc. Chẳng hạn, doanh số bán máy tính chậm có thể khiến ngành công nghiệp - và giá cổ phiếu của nó - rơi vào suy thoái.

Đồng thời, không hợp lý khi nói về 'chu kỳ chip' như là một sự kiện duy nhất. Mặc dù bán dẫn vẫn là một ngành hàng hóa về cơ bản, các thị trường cuối cùng của nó rất nhiều - máy tính, cơ sở hạ tầng viễn thông, ô tô, sản phẩm tiêu dùng, v.v. - điều này làm cho không có khả năng rằng khả năng dư thừa ở một khu vực sẽ đưa cả nhà xuống.

Những Rủi ro của Tính Chu kỳ

Đáng ngạc nhiên là tính chu kỳ của ngành công nghiệp có thể mang lại một mức độ an tâm cho nhà đầu tư. Trong một số ngành công nghệ khác như thiết bị viễn thông, người ta không bao giờ chắc chắn liệu vận may có phải là chu kỳ hay là phương thức dài hạn. Ngược lại, nhà đầu tư có thể hầu như chắc chắn rằng thị trường sẽ thay đổi vào một số thời điểm không xa trong tương lai.

Mặc dù tính chu kỳ mang lại một số sự an tâm, nó cũng tạo ra rủi ro cho nhà đầu tư. Các nhà sản xuất chip phải thường xuyên tham gia vào một loại đánh bạc rủi ro lớn. Rủi ro lớn đến từ việc rằng sau một dự án phát triển lớn, các công ty có thể mất nhiều tháng, thậm chí nhiều năm, để biết họ đã đạt được thành công hay chưa. Một nguyên nhân của sự trì hoãn là cấu trúc phức tạp nhưng phân mảnh của ngành công nghiệp: các ngành khác nhau đạt đỉnh và đạt đáy vào các thời điểm khác nhau.

Ví dụ, điểm thấp của các công ty foundry thường đến sớm hơn nhiều so với các nhà thiết kế chip. Một lý do khác là thời gian dẫn đầu dài của ngành công nghiệp: mất nhiều năm để phát triển một vi mạch hoặc xây dựng một công ty foundry, và thậm chí lâu hơn nữa trước khi sản phẩm mang lại lợi nhuận.

Các công ty bán dẫn đối diện với câu hỏi phi thường về việc liệu công nghệ là động lực thúc đẩy thị trường hay thị trường là động lực thúc đẩy công nghệ. Nhà đầu tư nên nhận ra rằng cả hai đều có giá trị trong ngành công nghiệp bán dẫn.

Bán dẫn khác gì so với dẫn và cách cách nào?

Bán dẫn N loại là gì?

Bán dẫn loại P là gì?

Bán dẫn thuần túy là gì?

Kết Luận

Trong những thập kỷ gần đây, bán dẫn đã được tích hợp vào hàng trăm ngành công nghiệp phổ biến và hàng ngàn sản phẩm. Chúng là một phần quan trọng của máy tính, internet, điện thoại di động, công nghệ ô tô và các sản phẩm tiêu dùng như TV màn hình phẳng. Do đó, ngành công nghiệp bán dẫn đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu. Ngành này cũng tiếp tục là trung tâm của sự đổi mới, khi Định luật Moore tiếp tục mang lại hiệu quả của nó, sản xuất ra các vi mạch mạnh mẽ hơn và giá thành rẻ hơn theo thời gian.