Ανάπτυξη των ηλεκτρονικών λεπτών υμενίων με ανεξάρτητες υπηρεσίες κατασκευής

Τα ηλεκτρονικά λεπτών υμενίων χρειάζονται ευρύτερη πρόσβαση σε υπηρεσίες κατασκευής και κοινά εργαλεία σχεδίασης. Ερευνητές του KU Leuven και του imec έδειξαν έναν νέο τρόπο εφαρμογής του μοντέλου ανεξάρτητης κατασκευής κατά παραγγελία σε εύκαμπτα κυκλώματα TFT. Η προσέγγιση μπορεί να βοηθήσει περισσότερους σχεδιαστές να αξιοποιήσουν την τεχνολογία.

Τι είναι τα τρανζίστορ λεπτού υμενίου;

Τα τρανζίστορ λεπτού υμενίου (TFT) κατασκευάζονται με λεπτά στρώματα ημιαγωγού πάνω σε υπόστρωμα. Η αγωγιμότητα του καναλιού ελέγχεται ηλεκτρικά, ώστε το τρανζίστορ να λειτουργεί ως διακόπτης ή ενισχυτής. Τα TFT χρησιμοποιούνται ευρέως στις οθόνες, αλλά δεν αποτελούν τη βασική τεχνολογία όλων των συμβατικών μικροεπεξεργαστών.

Πηγή – Amazon 6502 μικροεπεξεργαστής

Στις οθόνες ενεργού μήτρας, τα TFT ελέγχουν τα εικονοστοιχεία. Τέτοιες οθόνες υπάρχουν σε κινητά, φορητούς υπολογιστές και άλλες συσκευές. Τα TFT δεν είναι κατ’ ανάγκη αισθητήρες. Υπάρχουν πολλές κατηγορίες υλικών, μεταξύ άλλων άμορφο πυρίτιο, πολυκρυσταλλικό πυρίτιο και ημιαγωγικά οξείδια.

Άμορφο πυρίτιο

Το άμορφο πυρίτιο χρησιμοποιείται ευρέως σε TFT για οθόνες. Μπορεί να εναποτεθεί σε μεγάλες επιφάνειες και διάφορα υποστρώματα. Προσφέρει οικονομική παραγωγή για κατάλληλες εφαρμογές, αλλά συνήθως μικρότερη κινητικότητα φορέων από το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο.

Πολυκρυσταλλικό πυρίτιο

Το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο μπορεί να προσφέρει υψηλότερη κινητικότητα φορέων. Η κατασκευή του απαιτεί πρόσθετα στάδια επεξεργασίας, όπως κρυστάλλωση ενός λεπτού στρώματος. Δεν παράγεται με «απόσταξη» ενώσεων πάνω στο πυρίτιο. Οι θερμικές απαιτήσεις επηρεάζουν την επιλογή υποστρώματος.

Περιορισμοί στην αξιοποίηση των TFT

Η ευκαμψία εξαρτάται από ολόκληρη τη δομή, το υπόστρωμα και το πάχος, όχι μόνο από το υλικό του τρανζίστορ. Η βιομηχανία οθονών διαθέτει ήδη μεγάλη παραγωγική ικανότητα. Το ζήτημα της μελέτης είναι η πρόσβαση ανεξάρτητων σχεδιαστών σε επαληθευμένες διαδικασίες για νέα κυκλώματα.

Παραγωγή και ζήτηση

Στο μοντέλο foundry, μια επιχείρηση κατασκευάζει κυκλώματα που σχεδιάζουν και παραγγέλνουν άλλες εταιρείες. Στα συμβατικά ολοκληρωμένα, πολλές σχεδιάσεις μπορούν να μοιραστούν έναν δίσκο ημιαγωγού, δηλαδή wafer. Η έρευνα εξετάζει αντίστοιχη πρόσβαση για εύκαμπτα ηλεκτρονικά, χωρίς να ισχυρίζεται ότι δεν υπήρχε καθόλου παραγωγή TFT.

Κρίσιμο Επιχειρηματικό Μοντέλο

Ο διαχωρισμός σχεδίασης και κατασκευής δίνει στους μηχανικούς πρόσβαση σε εξειδικευμένες εγκαταστάσεις χωρίς να χρειάζεται να δημιουργήσουν δική τους γραμμή παραγωγής. Κοινά εργαλεία και κανόνες μπορούν να διευκολύνουν νέες εφαρμογές. Η σχεδίαση και η διάταξη του κυκλώματος εξακολουθούν να είναι απαραίτητες.

Μια Νέα Προσέγγιση

Οι Hikmet Çeliker, Wim Dehaene και Kris Myny διερεύνησαν πώς εργαλεία σχεδίασης και υπηρεσίες ανεξάρτητων κατασκευαστών μπορούν να στηρίξουν τα εύκαμπτα ηλεκτρονικά. Στόχος είναι να διευρυνθούν οι δυνατότητες εφαρμογής τους πέρα από τις καθιερωμένες οθόνες.

Απόδειξη της προσέγγισης

Η ομάδα σχεδίασε και δοκίμασε έναν μικροεπεξεργαστή σε δύο ανεξάρτητες τεχνολογίες κατασκευής. Έδειξε ότι η κοινή παραγωγή διαφορετικών σχεδίων μπορεί να εφαρμοστεί και στα TFT. Δεν δημιούργησε από το μηδέν δύο νέα εργοστάσια ούτε ολοκλήρωσε καθολική τυποποίηση όλης της βιομηχανίας.

Εύκαμπτος μικροεπεξεργαστής

Η ομάδα υλοποίησε τον γνωστό μικροεπεξεργαστή MOS 6502 με TFT. Ο αρχικός 6502 και συγγενικές εκδόσεις του χρησιμοποιήθηκαν σε ιστορικά συστήματα Nintendo, σε πρώιμους υπολογιστές Apple (AAPL ) και Commodore. Η σημασία του πειράματος είναι η εύκαμπτη κατασκευή και η διαδικασία παραγωγής, όχι ο ανταγωνισμός με τη σημερινή υπολογιστική ισχύ.

Πηγή – Techxplore – Τρανζίστορ λεπτού υμενίου

Το πάχος της εύκαμπτης δομής ήταν μικρότερο από 30 μικρόμετρα, δηλαδή λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα. Πρόκειται για πάχος, όχι για το πλάτος του μικροεπεξεργαστή ή το μέγεθος των τρανζίστορ του. Λεπτά κυκλώματα μπορούν να ενδιαφέρουν εφαρμογές όπου το βάρος και η προσαρμογή στην επιφάνεια έχουν σημασία.

Δύο τεχνολογίες κατασκευής

Χρησιμοποιήθηκαν TFT από άμορφο οξείδιο ινδίου–γαλλίου–ψευδαργύρου (IGZO) και από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο χαμηλής θερμοκρασίας (LTPS). Αυτά είναι υλικά του ενεργού στρώματος, όχι οι ονομασίες των υποστρωμάτων. «Χαμηλή θερμοκρασία» δεν σημαίνει ότι δεν απαιτείται θερμική επεξεργασία. Κάρτες ακίδων χρησιμοποιούνται για σύνδεση και ηλεκτρική δοκιμή· δεν αποτελούν απαραίτητα τελικό περίβλημα του chip.

Παραγωγή πολλαπλών σχεδίων μαζί

Η μέθοδος πολλαπλών έργων συνδυάζει διαφορετικά ανεξάρτητα σχέδια στην ίδια παρτίδα wafer ή πλακών. Έτσι μοιράζεται το κόστος κατασκευής και διευκολύνεται η δοκιμή νέων κυκλωμάτων. Δεν σημαίνει ότι κάθε μικροεπεξεργαστής διαλύεται σε έτοιμα αρθρωτά εξαρτήματα.

Κατανάλωση Ενέργειας

Η κατανάλωση εξαρτάται από την τεχνολογία, την τάση, τη συχνότητα και τη λειτουργία του κυκλώματος. Το μικρό πάχος δεν εγγυάται από μόνο του χαμηλή κατανάλωση. Συλλογή ενέργειας ή ασύρματη τροφοδοσία θα μπορούσαν να μελετηθούν για ορισμένες εφαρμογές, αλλά δεν αποδείχθηκαν εδώ ως αυτόνομη τροφοδοσία όλων των TFT.

Πιθανές εφαρμογές TFT

Τα TFT ελέγχουν ήδη εικονοστοιχεία σε πολλές οθόνες. Η εξέλιξη εύκαμπτων ολοκληρωμένων μπορεί να επιτρέψει και άλλες χρήσεις, εφόσον καλύπτονται οι απαιτήσεις απόδοσης και αξιοπιστίας.

Υγεία

Τα λεπτά εύκαμπτα κυκλώματα ενδιαφέρουν φορετές συσκευές για παρακολούθηση φυσιολογικών σημάτων. Ένα αυτοκόλλητο αισθητήριο θα μπορούσε, για παράδειγμα, να μετρά καρδιακή ή μυϊκή δραστηριότητα.

Επίδεσμοι με αισθητήρες αποτελούν επίσης πιθανή εφαρμογή. Τέτοιες δυνατότητες χρειάζονται κατάλληλους αισθητήρες, τροφοδοσία και κλινική αξιολόγηση· δεν προκύπτουν αυτόματα από έναν εύκαμπτο επεξεργαστή.

Ρομποτική

Ελαφριά, εύκαμπτα ηλεκτρονικά μπορούν να τοποθετηθούν σε καμπύλες επιφάνειες ρομπότ ή να υποστηρίξουν διεπαφές και αισθητήρες. Μικρότερο βάρος μπορεί να είναι χρήσιμο, αλλά η αυτονομία εξαρτάται από ολόκληρο το σύστημα.

Οθόνες που εμφανίζουν εκφράσεις και αισθητήριες επιφάνειες είναι πιθανές κατευθύνσεις. Η σύνδεση με AI δεν αποτελεί αποτέλεσμα που αποδείχθηκε από τη συγκεκριμένη μελέτη.

Μελλοντικές Οθόνες

Οι ελαφριές οθόνες ενδιαφέρουν συσκευές εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας. Η συνολική άνεση εξαρτάται επίσης από οπτικά συστήματα, μπαταρίες, θερμότητα και μηχανικό σχεδιασμό. Ένα λεπτό TFT δεν αρκεί από μόνο του για να γίνει ολόκληρη η συσκευή σχεδόν άβαρη.

Εύκαμπτες οθόνες

TFT σε κατάλληλα εύκαμπτα υποστρώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οθόνες που λυγίζουν ή τυλίγονται. Η αντοχή εξαρτάται από τα υλικά και τα υπόλοιπα στρώματα της οθόνης. Δεν είναι κάθε TFT ή κάθε οθόνη TFT εύκαμπτη.

Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT)

Το IoT περιλαμβάνει συνδεδεμένες συσκευές που συλλέγουν, ανταλλάσσουν ή χρησιμοποιούν δεδομένα. Αισθητήρες, επεξεργαστές και συστήματα επικοινωνίας συνεργάζονται σε πολλές τέτοιες εφαρμογές. Δεν απαιτείται κάθε συσκευή να συνδέεται απευθείας στο δημόσιο διαδίκτυο.

Τα λεπτά κυκλώματα μπορούν να ενδιαφέρουν αισθητήρες για εφοδιαστικές αλυσίδες και παρακολούθηση προϊόντων. Η ευκαμψία μπορεί να διευκολύνει την ενσωμάτωση σε συσκευασίες ή επιφάνειες. Η καταλληλότητα πρέπει να αξιολογείται μαζί με κόστος, κατανάλωση και απαιτήσεις επικοινωνίας.

Στη βιομηχανία, συνδεδεμένοι αισθητήρες παρακολουθούν συνθήκες παραγωγής, θέση και θερμοκρασία προϊόντων. Οι πληροφορίες μπορούν να στηρίξουν τον έλεγχο και την εφοδιαστική αλυσίδα. Η καλύτερη τεχνολογία εξαρτάται από την εφαρμογή· το IoT δεν είναι καθολικά η μόνη ή η καλύτερη λύση.

Εταιρείες που Θα Μπορούσαν να Επωφεληθούν από αυτήν την Τεχνολογία

Κατασκευαστές εξοπλισμού και ημιαγωγών μπορεί να έχουν σχετική τεχνογνωσία. Δεν προκύπτει όμως ότι οι παρακάτω εταιρείες συμμετέχουν στη μελέτη ή ότι θα δουν άμεσα αύξηση κερδών από αυτήν.

1. Applied Materials 

AMAT Διάγραμμα τιμής

Η Applied Materials (AMAT ) είναι προμηθευτής εξοπλισμού, υλικοτεχνικών λύσεων και υπηρεσιών για την παραγωγή ημιαγωγών και οθονών. Ιδρύθηκε το 1967 και εισήχθη στο χρηματιστήριο το 1972. Η δραστηριότητά της στηρίζει κατασκευαστές chip, αλλά δεν την καθιστά ανεξάρτητο foundry.

Η Applied Materials κατασκευάζει μηχανήματα που χρησιμοποιούν άλλες εταιρείες για να παράγουν chip. Δεν διαθέτει foundries που παράγουν δισεκατομμύρια chip για πελάτες όπως υπονοούσε το αρχικό κείμενο. Οι δραστηριότητές της περιλαμβάνουν συστήματα ημιαγωγών, υπηρεσίες και εξοπλισμό οθονών.

Η μετοχή AMAT επηρεάζεται από τον κύκλο επενδύσεων σε εξοπλισμό, τη ζήτηση, τον ανταγωνισμό και τους εμπορικούς περιορισμούς. Κεφαλαιοποίηση και χρηματιστηριακές αποδόσεις χρειάζονται σαφή ημερομηνία αναφοράς. Μια προηγούμενη άνοδος δεν εγγυάται μελλοντική απόδοση.

2. Intel Corporation

INTC Διάγραμμα τιμής

Η Intel (INTC ) είναι γνωστός κατασκευαστής ημιαγωγών που ιδρύθηκε το 1968 στην Καλιφόρνια. Παράγει δικούς της επεξεργαστές και αναπτύσσει υπηρεσίες κατασκευής για εξωτερικούς πελάτες μέσω της Intel Foundry.

Η ανάπτυξη αυτών των υπηρεσιών απαιτεί επενδύσεις, τεχνολογική εκτέλεση και προσέλκυση πελατών. Προβλέψεις τιμών μετοχής για το 2026 αποτελούν εκτιμήσεις, όχι εξασφαλισμένη αύξηση ή απόδειξη ότι η μετοχή είναι κατάλληλη για κάθε επενδυτή.

Ελλείψεις chip

Πρόσφατες διαταραχές στην προσφορά ημιαγωγών ανέδειξαν τη σημασία ανθεκτικών αλυσίδων παραγωγής. Ζήτηση, δυναμικότητα, χρόνοι παράδοσης και γεωπολιτικοί περιορισμοί μπορούν να επηρεάσουν διαφορετικά επιμέρους αγορές.

Οι επιπτώσεις διαφέρουν ανά περιοχή και τύπο chip. Η Ευρώπη διαθέτει σημαντική βιομηχανία ημιαγωγών, παρότι επιδιώκει να επεκτείνει ορισμένες παραγωγικές δυνατότητες. Δεν είναι ακριβές ότι δεν διαθέτει μεγάλα εργοστάσια ή ότι τεκμηριωμένα επλήγη περισσότερο από κάθε άλλη περιοχή.

Πρόσθετη δυναμικότητα και καλύτερος συντονισμός μπορούν να βοηθήσουν, αλλά χρειάζονται χρόνο και επενδύσεις. Η ζήτηση για μια συγκεκριμένη τεχνολογία δεν αυξάνεται με τον ίδιο ρυθμό σε όλες τις αγορές. Η παραγωγή εύκαμπτων TFT δεν υποκαθιστά αυτομάτως όλους τους συμβατικούς ημιαγωγούς.

Το μέλλον των τρανζίστορ λεπτού υμενίου

Αυτοματισμός, εργαλεία σχεδίασης και πιθανές εφαρμογές AI μπορούν να στηρίξουν την ανάπτυξη νέων κυκλωμάτων. Μικρότερο κόστος και ευκολότερη παραγωγή είναι στόχοι, όχι εγγυημένα χαρακτηριστικά κάθε επόμενης γενιάς TFT.

Προοπτικές ανάπτυξης των TFT

Η κοινή παραγωγή διαφορετικών σχεδίων από ανεξάρτητους κατασκευαστές προσφέρει μια ενδιαφέρουσα διαδρομή για εύκαμπτα ηλεκτρονικά. Η μελέτη δείχνει τεχνική εφικτότητα, ενώ η ευρύτερη υιοθέτηση θα εξαρτηθεί από κόστος, απόδοση και πρόσβαση σε εργαλεία.

Διαβάστε περισσότερες ειδήσεις για υπολογιστές