Półprzewodnik

Co to jest półprzewodnik?

Półprzewodnik to materiał zwykle składający się z krzemu, który przewodzi elektryczność bardziej niż izolator, taki jak szkło, ale mniej niż czysty przewodnik, taki jak miedź lub aluminium. Ich przewodność i inne właściwości można zmienić przez wprowadzenie zanieczyszczeń, zwanych domieszkami, aby spełnić specyficzne wymagania elementu elektronicznego, w którym się znajduje.

Półprzewodniki, znane również jako półprzewodniki lub chipy, można znaleźć w tysiącach produktów, takich jak komputery, smartfony,. urządzenia, sprzęt do gier i sprzęt medyczny.

Zrozumienie półprzewodników

Urządzenia półprzewodnikowe mogą wykazywać szereg przydatnych właściwości, takich jak zmienna rezystancja, łatwiejsze przepuszczanie prądu w jednym kierunku niż w drugim oraz reagowanie na światło i ciepło. Ich rzeczywista funkcja obejmuje wzmacnianie sygnałów, przełączanie i konwersję energii. Dlatego znajdują szerokie zastosowanie w prawie wszystkich branżach, a firmy, które je produkują i testują, są uważane za doskonałe wskaźniki kondycji całej gospodarki.

Rodzaje półprzewodników

Ogólnie rzecz biorąc, półprzewodniki dzielą się na cztery główne kategorie produktów:

Pamięć

Chipy pamięci służą jako tymczasowe magazyny danych i przekazują informacje do iz mózgów urządzeń komputerowych. Konsolidacja rynku pamięci trwa, co powoduje, że ceny pamięci są tak niskie, że tylko kilku gigantów, takich jak Toshiba, Samsung i NEC, może sobie pozwolić na pozostanie w grze.

Mikroprocesory

Są to centralne jednostki przetwarzania, które zawierają podstawową logikę wykonywania zadań. Dominacja Intela w segmencie mikroprocesorów zmusiła prawie wszystkich innych konkurentów, z wyjątkiem zaawansowanych mikrourządzeń, do wycofania się z rynku głównego do mniejszych nisz lub do innych segmentów.

Towarowy układ scalony

Czasami nazywane „chipsami standardowymi”, są produkowane w dużych partiach do rutynowego przetwarzania. Ten segment, zdominowany przez bardzo dużych azjatyckich producentów chipów, oferuje bardzo niskie marże zysku, o które mogą konkurować tylko największe firmy półprzewodnikowe.

Złożony SOC

„System on a Chip” zasadniczo polega na stworzeniu układu scalonego z możliwościami całego systemu. Rynek kręci się wokół rosnącego popytu na produkty konsumenckie, które łączą nowe funkcje i niższe ceny. Ponieważ drzwi do rynków pamięci, mikroprocesorów i standardowych układów scalonych są szczelnie zamknięte, segment SOC jest prawdopodobnie jedynym, który ma wystarczająco dużo okazji do przyciągnięcia szerokiej gamy firm.

Przemysł półprzewodników

Sukces w branży półprzewodników zależy od tworzenia mniejszych, szybszych i tańszych produktów. Zaletą bycia małym jest to, że na tym samym chipie można umieścić więcej mocy. Im więcej tranzystorów na chipie, tym szybciej może wykonać swoją pracę. Stwarza to ostrą konkurencję w branży, a nowe technologie obniżają koszt produkcji na chip.

Dało to początek obserwacjom zwanym prawem Moore'a,. które mówi, że liczba tranzystorów w gęstym układzie scalonym podwaja się mniej więcej co dwa lata. Obserwacja została nazwana na cześć Gordona Moore'a, współzałożyciela Fairchild Semiconductor i Intel, który napisał artykuł opisujący to w 1965 roku. Obecnie okres podwojenia jest często podawany jako 18 miesięcy – liczba cytowana przez dyrektora Intela, Davida House'a.

W rezultacie producenci chipów wywierają stałą presję, aby wymyślić coś lepszego, a nawet tańszego niż to, co definiowało najnowocześniejsze rozwiązania zaledwie kilka miesięcy wcześniej. Dlatego firmy półprzewodnikowe muszą utrzymywać duże budżety na badania i rozwój . Stowarzyszenie badań rynku półprzewodników IC Insights poinformowało, że firmy półprzewodnikowe mają zwiększyć budżety na badania i rozwój o 9% w 2022 roku. Przewiduje się również, że złożona roczna stopa wzrostu (CAGR) również wzrośnie o około 5,5% w latach 2022-2026.

Tradycyjnie firmy półprzewodnikowe kontrolowały cały proces produkcyjny, od projektu do wykonania. Jednak wielu producentów chipów przekazuje obecnie coraz większą produkcję innym w branży. W ostatnim czasie do głosu doszły firmy odlewnicze, których jedyną działalnością jest produkcja, oferując atrakcyjne możliwości outsourcingu. Oprócz odlewni zaczynają się powiększać szeregi coraz bardziej wyspecjalizowanych projektantów i testerów chipów. Firmy produkujące chipy stają się szczuplejsze i wydajniejsze. Produkcja chipsów przypomina teraz kuchnię dla smakoszy, w której szefowie kuchni ustawiają się w kolejce, aby dodać odpowiednią przyprawę do mieszanki.

W latach 80. producenci chipów żyli z wydajnością (liczba działających urządzeń spośród wszystkich wyprodukowanych) na poziomie 10-30%.

Badanie Bloomberg 2021 poinformowało, że producenci chipów strzelają do wydajności (liczba działających urządzeń spośród wszystkich wyprodukowanych) nie mniej niż 90%. Wymaga to bardzo kosztownych procesów produkcyjnych. W rezultacie wiele firm zajmujących się półprzewodnikami zajmuje się projektowaniem i marketingiem, ale decyduje się na outsourcing części lub całości produkcji. Znane jako producenci chipów bez fabryk,. firmy te mają duży potencjał wzrostu, ponieważ nie są obciążone kosztami ogólnymi związanymi z produkcją lub „wytwarzaniem”.

Inwestowanie w przemysł półprzewodników

Oprócz inwestowania w pojedyncze firmy, istnieje kilka sposobów monitorowania wyników inwestycyjnych całego sektora. Należą do nich benchmark PHLX Semiconductor Index,. znany jako SOX, a także jego formy pochodne w funduszach giełdowych. Istnieją również indeksy, które dzielą sektor na producentów chipów i producentów sprzętu chipowego. Ta ostatnia opracowuje i sprzedaje maszyny i inne produkty używane do projektowania i testowania półprzewodników.

Ponadto niektóre rynki zamorskie, takie jak Tajwan, Korea Południowa i, w mniejszym stopniu, Japonia, są silnie uzależnione od półprzewodników, dlatego ich indeksy dostarczają również wskazówek na temat kondycji światowego przemysłu.

Specjalne uwagi dotyczące inwestowania w półprzewodniki

Jeśli inwestorzy w półprzewodniki pamiętają jedną rzecz, powinno być to, że branża półprzewodników jest wysoce cykliczna. Producenci półprzewodników często widzą cykle „boomu i załamania” w oparciu o podstawowy popyt na produkty oparte na chipach. Kiedy czasy są dobre, marże zysku mogą być bardzo wysokie dla producentów chipów; Jednak gdy popyt spada, ceny chipów mogą drastycznie spaść i mieć duży wpływ na łańcuchy dostaw w wielu branżach.

Popyt zazwyczaj śledzi zapotrzebowanie rynku końcowego na komputery osobiste, telefony komórkowe i inny sprzęt elektroniczny. W dobrych czasach firmy takie jak Intel i Toshiba nie są w stanie wyprodukować mikrochipów wystarczająco szybko, aby zaspokoić popyt. Kiedy czasy są ciężkie, mogą być wręcz brutalne. Na przykład powolna sprzedaż komputerów może wpędzić branżę i ceny jej akcji w korkociąg.

Jednocześnie nie ma sensu mówić o „cyklu chipów” tak, jakby było to wydarzenie o szczególnym charakterze. Chociaż półprzewodniki to nadal biznes towarowy, jego rynki końcowe są tak liczne — komputery PC, infrastruktura komunikacyjna, motoryzacja, produkty konsumenckie itp. — że jest mało prawdopodobne, aby nadwyżka mocy w jednym obszarze doprowadziła do upadku całego domu.

Ryzyko cykliczności

Co zaskakujące, cykliczność branży może zapewnić pewien komfort inwestorom. W niektórych innych sektorach technologicznych, takich jak sprzęt telekomunikacyjny, nigdy nie można być całkowicie pewnym, czy fortuny mają charakter cykliczny czy świecki. Natomiast inwestorzy mogą być niemal pewni, że rynek zmieni się w pewnym momencie w niedalekiej przyszłości.

Chociaż cykliczność zapewnia pewien komfort, stwarza również ryzyko dla inwestorów. Producenci chipów muszą regularnie brać udział w grach hazardowych na wysokie stawki. Duże ryzyko wynika z faktu, że po dużym projekcie rozwojowym firmy mogą zająć wiele miesięcy, a nawet lat, aby dowiedzieć się, czy trafiły w dziesiątkę, czy wszystko przesadziły. Jedną z przyczyn opóźnienia jest spleciona, ale rozdrobniona struktura branży: różne sektory osiągają szczyty i spadki w różnym czasie.

Na przykład, niski punkt dla odlewni często nadchodzi znacznie wcześniej niż dla projektantów chipów. Innym powodem jest długi czas realizacji w branży : opracowanie chipa lub zbudowanie odlewni zajmuje lata, a nawet dłużej, zanim produkty zarobią pieniądze.

Firmy półprzewodnikowe stają przed klasyczną zagadką, czy to technologia napędza rynek, czy rynek napędza technologię. Inwestorzy powinni uznać, że oba mają zastosowanie w branży półprzewodników.

Ponieważ firmy przeznaczają duże przychody na badania i rozwój, których spłata może zająć kilka miesięcy lub nawet lat – a czasem nawet wtedy, jeśli technologia jest wadliwa – inwestorzy powinni uważać na oświadczenia firm, które twierdzą, że mają najnowsza i największa technologia w branży półprzewodników.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące półprzewodników

Czym półprzewodnik różni się od przewodnika lub izolatora?

Półprzewodnik zasadniczo działa jako hybryda przewodnika i izolatora. Podczas gdy przewodniki są materiałami o wysokiej przewodności, które umożliwiają przepływ ładunku po przyłożeniu napięcia, a izolatory nie pozwalają na przepływ prądu, półprzewodniki działają naprzemiennie jako izolator i przewodnik w razie potrzeby.

Co to jest półprzewodnik typu N?

Półprzewodnik typu n to półprzewodnik z mieszanymi domieszkami, który wykorzystuje pięciowartościowe nieczyste atomy, takie jak fosfor, arsen, antymon, bizmut.

Co to jest półprzewodnik typu P?

Półprzewodnik typu p to rodzaj zewnętrznego półprzewodnika, który zawiera trójwartościowe zanieczyszczenia, takie jak bor i aluminium, co zwiększa przewodność normalnego półprzewodnika wykonanego wyłącznie z krzemu.

Co to jest półprzewodnik samoistny?

Półprzewodnik samoistny lub czysty to półprzewodnik, do którego nie dodano żadnych zanieczyszczeń ani domieszek, jak w przypadku półprzewodników typu p i typu n. W półprzewodnikach samoistnych liczba wzbudzonych elektronów i liczba dziur są równe: n = p.

Przegląd najważniejszych wydarzeń

Przemysł półprzewodników żyje — i umiera — według prostego wyznania: mniejszy, szybszy i tańszy.
Inwestorzy powinni mieć na uwadze, że branża półprzewodników jest branżą wysoce cykliczną, podlegającą okresowym boomom i załamaniom.
Znajdujący się w tysiącach produktów elektronicznych półprzewodnik to materiał, który przewodzi elektryczność bardziej niż izolator, ale mniej niż czysty przewodnik.
Istnieją cztery podstawowe typy półprzewodników.
Oprócz inwestowania w konkretne firmy produkujące półprzewodniki, istnieją również fundusze ETF, fundusze indeksowe i indeksy, które dzielą sektor na producentów chipów i producentów urządzeń chipowych.