De dunnefilmtransistorindustrie laten volwassen worden door gebruik van ‘foundries’

De dunnefilmtransistor (TFT) industrie heeft een probleem. Het mist de infrastructuur en het businessmodel die in andere halfgeleidermarkten aanwezig zijn. Hierdoor ondervindt het veel beperkingen, maar dit gaat binnenkort veranderen dankzij een team van innovatieve onderzoekers van KU Leuven. Zij hebben een nieuw type TFT-chip ontwikkeld die kan worden geproduceerd in grote fabrieken, zogenaamde foundries. Hier is waarom dit belangrijk is.

Wat zijn dunnefilmtransistors?

Dunnefilmtransistors zijn een vorm van halfgeleidertechnologie. Halfgeleiders geleiden elektriciteit, maar niet zo goed als geleiders. Hun geleidbaarheid ligt specifiek tussen isolator en geleider, waardoor ze ideaal zijn als schakelaars in micro-elektronica. Op dit moment heb je waarschijnlijk een vorm van TFT-technologie in je bezit. Ze zijn cruciale componenten in microchips.

Het meest voorkomende gebruik van TFT-technologie is in schermen waar ze elke pixel aansturen. TFT-displays zijn te vinden op smartphones en andere kleine schermen. Deze sensoren komen veel voor in actief matrix LCD-schermen, zoals die in een DSLR-camera, LCD-projector of headset-displays. Er zijn twee hoofdtypen materiaal die tegenwoordig worden gebruikt om TFT-chips te maken:

Amorf silicium

Amorf silicium is het meest gebruikte materiaal bij de productie van TFT-chips. Het is het goedkoopst om in grote hoeveelheden te produceren en kan worden aangepast aan een breed scala aan toepassingsscenario’s. Opmerkelijk is dat deze chips een lagere efficiëntie bieden dan sommige alternatieven, maar ze kunnen op verschillende substraten worden aangebracht, waaronder glas, metaal en plastic.

Polykristallijn silicium

Polykristallijn silicium is efficiënter dan amorf silicium. Het is echter ook moeilijker en duurder om te vervaardigen. Het wordt gecreëerd door specifieke verbindingen op silicium te destilleren met behulp van warmte of chemische reacties. Dit proces vereist speciale machines en bekwame arbeiders.

Nadelen van originele dunnefilmtransistors

Deze soorten TFT hebben enkele nadelen. Ten eerste zijn ze niet flexibel. Bovendien beschikken ze niet over de infrastructuur, productiekracht of ondersteuning van andere soorten halfgeleiders die grote fabrieken, zogenaamde foundries, hebben die deze chips in massa produceren.

Bijhouden van de vraag

Deze halfgeleiderfabricage-foundries produceren meestal aangepaste en generieke chips op wafers. Een wafer is een plak halfgeleider die wordt gebruikt voor het maken van circuits en zonnecellen. Ze maken het mogelijk om kleinere chipsets te creëren. Opmerkelijk is dat TFT-chips geen operationele foundries hebben die hun markt ondersteunen. Hierdoor heeft het gebrek aan productie hun innovatie en adoptie tot nu toe beperkt.

Cruciaal businessmodel

Het model van grote halfgeleider-foundries heeft om verschillende redenen zin. Ten eerste is er een enorme vraag naar deze chips en wordt verwacht dat deze zal groeien parallel aan de toename van elektronica. De dunnefilm-elektronica sector zou een boost in innovatie en mogelijkheden kunnen zien wanneer ingenieurs zich kunnen richten op nieuwe functionaliteit in plaats van chiplay-out en -ontwerp.

Een nieuwe aanpak

De onderzoekers achter het rapport, Hikmet Çeliker, Wim Dehaene en Kris Myny, ontdekten dat het ontbreken van foundries en standaarden de grootste factoren zijn die de uitbreiding van dunnefilm-elektronica beperken. Ze zijn van plan dit probleem op te lossen en een nieuw tijdperk van flexibele en kleinere elektronica in te luiden.

Evolueerde TFT

De onderzoekers hanteren een meertrapsbenadering die het opzetten van foundries, het stimuleren van innovatie en het creëren van flexibele TFT-chipstandaarden voor massaproductie omvat. Opmerkelijk is dat ze deze taak hebben volbracht en proberen hun opgedane kennis te benutten om de dunnefilm-elektronica sector te verbeteren.

Super dunnefilmtransistors

De onderzoekers hebben twee verschillende versies van dunne TFT’s gecreëerd met alternatieve substraten. Ze maakten deze eenheden met een TFT-ondersteunde microprocessor en andere componenten om een flexibele MOS 6502-chip te maken. Deze legendarische chip voedde Nintendo, vroege Apple (AAPL ) -computers en zelfs de eerste Commodore. Hoewel hij qua rekenkracht volgens de huidige normen niets is, betekent het feit dat hij geminiaturiseerd is veel.

De officiële metingen van de onderzoekers plaatsen het project op minder dan 30 micrometer. Ongelooflijk, dat is dunner dan een menselijk haar. De implicaties van het maken van microchips van deze grootte kunnen baanbrekend zijn. Er zijn talloze industrieën die direct kunnen profiteren van de introductie van goedkope, gemakkelijk te vervaardigen, dunne chips.

Twee substraten

Er werden twee verschillende substraten gekozen voor de dunnefilmtransistors: amorf indium-gallium-zink-oxide en polykristallijn silicium. Het laatste verschilde van zijn voorganger doordat het geen warmte nodig had om te worden gemaakt. Beide hoofdchips hebben een 48-pins kaart die interactie met apparaten, het instellen van parameters en verificatie mogelijk maakt.

Projecten verbeteren het industrieel model

Projecten zijn de namen die onderzoekers aan deze microprocessoren hebben gegeven. Deze kleine chips zijn opgesplitst zodat creatievelingen de benodigde chips in een modulair formaat kunnen gebruiken. Deze structuur biedt flexibiliteit en stelt fabrikanten in staat om op aanvraag aangepaste chips te maken met hetzelfde substraat. Deze aanpak zal ook afval verminderen en de efficiëntie verbeteren.

Energieverbruik

Een ander groot voordeel van haar-dunne TFT-halfgeleiders is dat ze weinig energie nodig hebben om te functioneren. Deze apparaten zijn geoptimaliseerd om zo energiezuinig mogelijk te zijn. In de toekomst zouden deze apparaten zichzelf kunnen voeden met statische energie of andere methoden van draadloos opladen.

Toepassingen in de echte wereld voor dunnefilmtransistors

Er zijn veel toepassingen in de echte wereld voor TFT’s. Ze worden momenteel gevonden in een enorme selectie van slimme apparaten, laptops en displays. Deze chips regelen pixels, maar ze kunnen veel meer. Hier zijn enkele potentiële gebruiksscenario’s voor TFT’s die ze tot de technologie van de toekomst kunnen maken.

Gezondheidszorg

De gezondheidszorg kan veel winnen met de introductie van TFT-apparaten. Er is een gestage toename in het gebruik van wearables voor casual, prestatie- en medische doeleinden. Deze apparaten kunnen veel kleiner worden gemaakt met deze technologie.
Stel je een sticker voor die vitale hartgegevens kan doorgeven aan medische professionals voor monitoring en onderzoek. Het concept van ultra-dunne wearables zou pleisters kunnen opleveren die infecties monitoren en vele andere innovatieve ideeën die voorheen alleen in sciencefictionfilms te vinden waren.

Robotica

Robotica zou deze technologie moeten gebruiken om veel verschillende aspecten van de sector te verbeteren. Deze dunnere en lichtere chips kunnen helpen bij de miniaturisatie van sleutelcomponenten van de robotica. Lichtere robots kunnen langer werken omdat er minder belasting op hun batterijen is.
TFT-technologie zou robotinterfaces intuïtiever kunnen maken. In combinatie met AI-technologie zou deze technologie op een dag de gezichtsuitdrukkingen van onze robotcollega’s kunnen tonen en nog veel meer. Voor nu heeft de roboticasector al lange tijd haar aandacht gericht op energiezuinigere chipsets.

Toekomstige displays

Er zijn veel toekomstige displays die deze technologie kunnen gebruiken. De opkomst van VR- en AR-headsets is een uitstekend voorbeeld van een technologie die sterk zou profiteren van het lichtgewicht TFT-chipontwerp. De kleine displays die in deze apparaten worden gebruikt, zouden veerlicht kunnen worden, wat de ergonomie verbetert en langdurig gebruik minder belastend maakt voor de gebruiker.

Buigbare schermen

TFT is een toonaangevende technologie voor het creëren van buigbare schermen. De flexibele aard van deze dunne chips maakt ze ideaal voor dit gebruik. Flexibele schermen zouden een revolutionair effect op de markt hebben. Opgerolde schermen besparen ruimte en stellen iedereen in staat om binnen enkele seconden snel informatie te raadplegen.

Internet of Things (IoT)

De IoT-markt bestaat uit miljarden slimme apparaten. Deze eenheden hebben allemaal een sensor en kunnen gegevens via het internet communiceren. Sommige slimme apparaten kunnen zowel informatie ontvangen als verzenden. Opmerkelijk is dat er vandaag miljarden IoT-apparaten in gebruik zijn. Ze maken gebruik van micro-computingtechnologie en sensoren om te communiceren en gegevens te verzamelen.

De IoT-sector zou dankzij deze nieuwste ontwikkeling een verbeterde miniaturisatie kunnen zien. Stel je kleine sensoren voor die de logistiek en toeleveringsketen monitoren. Er zijn al veel gedecentraliseerde opties op de markt. Deze extra flexibiliteit betekent dat de IoT-markt een eerste stap zou moeten zijn voor TFT-ingenieurs.

IoT-apparaten blijven een cruciale rol spelen in de industriële sector. Hier worden ze gebruikt om productieprocessen te monitoren, producten te authenticeren en logistieke gegevens met het netwerk te delen. Er zijn IoT-apparaten die in realtime de temperatuur, locatie en geldigheid van een asset monitoren. Daarom wordt IoT-technologie gezien als het beste alternatief voor deze toepassingen.

Bedrijven die van deze technologie kunnen profiteren

Verschillende bedrijven zouden deze technologie direct kunnen benutten en verbeterde efficiëntie en omzet zien. De TFT-productiesector blijft groeien en de concurrentie wordt intenser. Hier zijn enkele bedrijven die je moet kennen in de markt.

1. Applied Materials 

AMAT Prijsgrafiek

Het in de VS gevestigde technologiebedrijf Applied Materials (AMAT ) is een toonaangevende leverancier van chips en software voor de halfgeleiderindustrie. Het bedrijf werd opgericht in 1967 en ging in 1972 naar de beurs. Sindsdien heeft het bedrijf enorme successen behaald en wordt het erkend als marktleider. Opmerkelijk: FORTUNE-magazine noemde Applied Materials in 2018 een van de meest bewonderde bedrijven ter wereld.
In 2009 betrad Applied Materials officieel de chipproductiemarkt. Momenteel is het een van de grootste halfgeleiderchipfabrikanten ter wereld en haar enorme foundries blijven miljarden chips produceren ter ondersteuning van de digitale revolutie. Vandaag heeft Applied Materials drie verschillende focusgebieden: halfgeleiders, wereldwijde toepassingsdiensten en displaymarkten.
Het AMAT-aandeel wordt gezien als een slimme zet voor beleggers. Het aandeel heeft een huidige marktkapitalisatie van $170,55 miljard en het bedrijf heeft een waardering van $168,62 miljard. Wat de aandelenprestaties betreft, is AMAT het afgelopen jaar gestegen. Concreet presteerde het aandeel beter dan de markt en is het +81,73 % gestegen in de afgelopen 52 weken.

2. Intel Corporation

INTC Prijsgrafiek

Intel (INTC ) Corporation is een andere bekende chipfabrikant die innovatie en productieprocessen naar nieuwe hoogten blijft drijven. Het bedrijf betrad de markt in 1968 en heeft haar hoofdkantoor in Californië. Opmerkelijk is dat Intel-chips enorm populair zijn en dat de productieprocessen van het bedrijf door de jaren heen zijn verfijnd.
Vandaag is Intel een van de belangrijkste foundries voor chipproductie. Het bedrijf biedt full‑stack‑oplossingen die door fabrikanten kunnen worden ontworpen en vooraf besteld wanneer nodig. Deze factoren maken INTC een slim aandeel om te houden. Analisten voorspellen een langzame en gestage waardestijging, waarbij sommigen verwachten dat het aandeel van $35 dit jaar zal stijgen naar $60 in 2026.

Chiptekorten

Een van de belangrijkste factoren die verder onderzoek naar de TFT-chipbeweging hebben gestimuleerd, zijn de recente tekorten op de markt. De halfgeleiderchipmarkt blijft tekorten ondervinden om verschillende redenen. Ten eerste hebben politieke spanningen ertoe geleid dat landen hun chipproductiebronnen hebben opgesplitst om zich voor te bereiden op toekomstige conflicten.

Het chiptekort heeft verschillende regio’s op verschillende manieren getroffen. De EU heeft de grootste impact gevoeld omdat zij geen grote productie‑foundries heeft, in tegenstelling tot de VS en China. Deze chipcrisis heeft veel industrieën gedwongen om snel vervangingen en alternatieven te zoeken voor het geval het probleem aanhoudt.

De oprichting van meer foundries en een beter gebruik van middelen zou kunnen helpen dit probleem te verlichten. Het moet echter worden opgemerkt dat de vraag naar geminiaturiseerde high‑tech apparaten gestaag toeneemt, wat betekent dat de marktvraag zal volgen. Het is daarom verstandig om zich hierop in te stellen.

De toekomst van dunnefilmtransistors

De toekomst van TFT-chips zal geautomatiseerd zijn. AI-technologie zal hand in hand werken met ontwikkelaars om nieuwe en opwindende alternatieven voor de status‑quo te creëren. De volgende generatie TFT-chips zal kleiner, betaalbaarder en gemakkelijker te produceren zijn. Al deze factoren zullen ervoor zorgen dat ze een cruciale component blijven in de wereldwijde technologiesectoren.

Dunnefilmtransistors bestemd voor groei

Het zou moeilijk zijn om analisten te vinden die geloven dat het gebruik van TFT-chips de komende jaren zal afnemen. De toename van geminiaturiseerde elektronica blijft dit moment voeden en innovatie in de markt stimuleren. Deze nieuwste aanpak biedt een meer inclusief en realistisch perspectief op de uitdagingen van TFT-chipadoptie. Daarom zouden de hier gepresenteerde gegevens de industrie moeten helpen richting een model te bewegen dat beter geschikt is voor groei.
Learn More Computer Nieuws