Hjälpa industrin för tunnfilmstransistorer att mogna genom att utnyttja ‘foundries’

Tunnfilmstransistorindustrin (TFT) har ett problem. Den saknar den infrastruktur och affärsmodell som finns i andra halvledarmarknader. Därför lider den på många områden, men allt detta är på väg att förändras tack vare ett team av innovativa forskare från KU Leuven. De utvecklade en ny typ av TFT‑chip som kan tillverkas i stora fabriker som kallas foundries. Här är varför detta är en stor sak.

Vad är tunnfilmstransistorer?

Tunnfilmstransistorer är en form av halvledarteknik. Halvledare leder elektricitet men inte lika bra som ledare. Specifikt ligger deras ledningsförmåga mellan isolator och ledare, vilket gör dem idealiska som switchar i mikroelektronik. För närvarande har du förmodligen någon form av TFT‑teknik i din ägo. De är avgörande komponenter i mikrochip.

Den vanligaste användningen av TFT‑teknik är i skärmar där de styr varje pixel. TFT‑displayar finns på smartphones och andra små skärmar. Dessa sensorer är vanliga i aktivmatris‑LCD‑skärmar som de i en DSLR‑kamera, LCD‑projektor eller headset‑displayar. Det finns två huvudtyper av material som används för att skapa TFT‑chip idag:

Amorft kisel

Amorft kisel är det mest populära materialet som används idag för att skapa TFT‑chip. Det är det billigaste att producera i stora mängder och kan anpassas för ett brett spektrum av användningsscenarier. Noterbart är att dessa chip har lägre effektivitet än vissa andra alternativ, men de kan deponeras på en mängd olika substrat, inklusive glas, metall och plast.

Polykristallint kisel

Polykristallint kisel är mer effektivt än amorft kisel. Det är dock också svårare och dyrare att tillverka. Det skapas genom att destillera specifika föreningar på kisel med hjälp av värme eller kemiska reaktioner. Denna process kräver specialmaskiner och skickliga arbetare.

Nackdelar med ursprungliga tunnfilmstransistorer

Dessa typer av TFT har vissa nackdelar. För det första är de inte flexibla. Dessutom saknar de den infrastruktur, tillverkningskapacitet eller stöd som andra typer av halvledare har, vilka har stora fabriker som kallas foundries och producerar dessa chip i massor.

Hålla jämna steg med efterfrågan

Dessa halvledarfabriker tillverkar vanligtvis skräddarsydda och generiska chip på wafers. En wafer är en skiva av halvledare som används för att skapa kretsar och solceller. De möjliggör skapandet av mindre chipset. Noterbart är att TFT‑chip saknar operativa foundries som kan stödja deras marknad. På grund av detta har avsaknaden av tillverkning begränsat deras innovation och antagande hittills.

Avgörande affärsmodell

Modellen med stora halvledarfoundries är logisk av flera skäl. För det första finns en enorm efterfrågan på dessa chip och den förväntas bara växa i takt med ökningen av elektronik. Tunnfilmselektroniksektorn kan få ett uppsving i innovation och kapacitet när ingenjörer kan börja fokusera på ny funktionalitet snarare än chip‑layout och design.

Ett nytt tillvägagångssätt

Forskarna bakom rapporten, Hikmet Çeliker, Wim Dehaene och Kris Myny, fann att avsaknaden av foundries och standarder är de största faktorerna som begränsar expansionen av tunnfilmselektronik. De planerar att lösa detta problem och hjälpa till att inleda en ny era av flexibla och mindre elektronik.

Utvecklad TFT

Forskarna har ett flerfaldigt tillvägagångssätt som innefattar att etablera foundries, driva innovation och skapa flexibla TFT‑chipstandarder för massproduktion. Noterbart är att de lyckades med denna uppgift och avsåg att utnyttja det de lärt sig för att förbättra tunnfilmselektroniksektorn.

Super tunnfilmstransistorer

Forskarna skapade två olika versioner av tunna TFT‑ar med alternativa substrat. De byggde dessa enheter med en TFT‑stödd mikroprocessor och andra komponenter för att skapa ett flexibelt MOS 6502‑chip. Detta legendariska chip var det som drev Nintendo, tidiga Apple (AAPL ) ‑datorer och till och med den första Commodore. Även om det i dagens standard är obetydligt i beräkningskraft, betyder det faktum att det miniaturiserades mycket.

Forskarna har officiellt mätt projektet till mindre än 30 mikrometer. Otroligt nog är det tunnare än ett människohår. Konsekvenserna av att tillverka mikrochip så små kan vara banbrytande. Det finns ett enormt antal industrier som omedelbart kan dra nytta av införandet av låga kostnader, lättillverkade, tunna chip.

Två substrat

Det valdes två olika substrat för tunnfilmstransistorerna, amorft indium‑gallium‑zink‑oxid och polykristallint kisel. Det senare skiljde sig från sin föregångare genom att det inte krävde värme för att skapas. De huvudsakliga chipen har båda ett 48‑stiftskort som låter dig interagera med enheter, ställa in parametrar och möjliggöra verifiering.

Projekt förbättrar industrimodellen

Projekt är de namn som forskarna har gett till dessa mikroprocessorer. Dessa små chip har delats upp för att möjliggöra för kreativa att utnyttja de de behöver i ett modulärt format. Denna struktur ger flexibilitet och låter tillverkare skapa skräddarsydda chip på begäran med samma substrat. Detta tillvägagångssätt kommer också att minska avfall och förbättra effektiviteten.

Energiförbrukning

En annan stor fördel med hårtunna TFT‑halvledare är att de inte kräver mycket energi för att fungera. Dessa enheter är optimerade för att vara så energimedvetna som möjligt. I framtiden kan dessa enheter självförsörja sig med statisk energi eller andra metoder för trådlös laddning.

Verkliga tillämpningar för tunnfilmstransistorer

Det finns många verkliga tillämpningar för TFT‑ar. De finns för närvarande i ett stort urval av smarta enheter, bärbara datorer och skärmar. Dessa chip styr pixlar, men de kan mycket mer. Här är några potentiella användningsfall för TFT‑ar som kan göra dem till framtidens teknik.

Hälsovård

Hälsovårdssektorn har mycket att vinna på införandet av TFT‑enheter. Användningen av bärbara enheter för vardagliga, prestations‑ och medicinska ändamål har ökat stadigt. Dessa enheter kan göras mycket mindre med hjälp av denna teknik.
Tänk dig en etikett som kan överföra vital hjärtdata till medicinska yrkespersoner för övervakning och studier. Konceptet med ultratunna bärbara enheter kan göra förband som övervakar infektioner och många andra innovativa idéer som tidigare bara fanns i sci‑fi‑filmer.

Robotik

Robotik bör använda denna teknik för att förbättra många olika aspekter av branschen. Dessa tunnare och lättare chip kan hjälpa till med miniaturiseringen av nyckelkomponenter i robotikens ekvation. Lättare robotar kan köras längre eftersom belastningen på deras batterier minskar.
TFT‑teknik kan göra robotgränssnitt mer intuitiva. När den kombineras med AI‑teknik kan den en dag visa ansiktsuttryck hos våra robotkollegor och mycket mer. För närvarande har robotiksektorn länge fokuserat på mer energieffektiva chipset.

Framtida skärmar

Det finns många framtida skärmar som kan använda denna teknik. Uppkomsten av VR‑ och AR‑headsets är ett utmärkt exempel på en teknologi som skulle ha stor nytta av den lätta TFT‑chipdesignen. De små skärmarna i dessa enheter kan bli fjäderlätta, vilket förbättrar ergonomin och gör långvarig användning mindre ansträngande för användaren.

Böjbara skärmar

TFT är en ledande teknik som används för att skapa böjbara skärmar. De tunna chipens flexibla natur gör dem idealiska för detta ändamål. Flexibla skärmar skulle ha en revolutionerande effekt på marknaden. Utrullningsbara skärmar skulle spara utrymme och låta vem som helst snabbt få åtkomst till information på sekunder.

Internet of Things (IoT)

IoT‑marknaden består av miljarder smarta enheter. Dessa enheter har alla en sensor och kan kommunicera data via internet. Vissa smarta enheter kan både ta emot och skicka information. Noterbart är att det finns miljarder IoT‑enheter i drift idag. De utnyttjar mikrodatorer och sensorer för att kommunicera och samla in data.

IoT‑sektorn kan se förbättrad miniaturisering tack vare denna senaste utveckling. Föreställ dig små sensorer som övervakar logistik och leveranskedja. Det finns redan många decentraliserade alternativ på marknaden. Denna extra flexibilitet innebär att IoT‑marknaden bör vara ett första steg för TFT‑ingenjörer.

IoT‑enheter fortsätter att spela en kritisk roll i industrisektorn. Här används de för att övervaka tillverkningsprocesser, autentisera produkter och dela logistiska data med nätverket. Det finns IoT‑enheter som övervakar temperatur, plats och giltighet för en tillgång i realtid. Därför ses IoT‑teknik som det bästa alternativet för dessa behov.

Företag som kan dra nytta av denna teknik

Flera företag kan utnyttja denna teknik omedelbart och börja se förbättrad effektivitet och intäkter. TFT‑tillverkningssektorn fortsätter att expandera och konkurrensen blir allt intensivare. Här är några företag du bör känna till på marknaden.

1. Applied Materials 

AMAT Prisdiagram

Det amerikanska teknikföretaget Applied Materials (AMAT ) är en ledande leverantör av chip och mjukvara för halvledarindustrin. Företaget grundades 1967 och börsnoterades 1972. Sedan dess har företaget haft enorm framgång och är erkänt som marknadsledande. Noterbart: tidningen FORTUNE utsåg Applied Materials till ett av världens mest beundrade företag 2018.
År 2009 gjorde Applied Materials officiellt sitt inträde på chip‑tillverkningsmarknaden. För närvarande är det en av de främsta tillverkarna av halvledarchip i världen och dess enorma foundries fortsätter att producera miljarder chip för att stödja den digitala revolutionen. Idag har Applied Materials tre tydliga fokusområden: halvledare, globala tjänster och displaymarknader.
AMAT‑aktien ses som ett smart drag för investerare. Aktiens nuvarande börsvärde är 170,55  miljarder dollar, och företaget har en värdering på 168,62  miljarder dollar. När det gäller aktiens utveckling har AMAT gått upp under det senaste året. Specifikt har aktien överträffat marknaden och är upp +81,73 % under de senaste 52 veckorna.

2. Intel Corporation

INTC Prisdiagram

Intel (INTC ) Corporation är en annan välkänd chip‑tillverkare som fortsätter att driva innovation och tillverkningsprocesser till nya höjder. Företaget gick in på marknaden 1968 och har huvudkontor i Kalifornien. Noterbart är att Intel‑chip är enormt populära och företagets tillverkningsprocesser har förfinats under åren.
Idag är Intel en av de främsta foundries för chip‑produktion. Företaget erbjuder full‑stack‑lösningar som kan designas och förbeställas av tillverkare vid behov. Dessa faktorer gör INTC till en smart aktie att hålla. Analytiker förutspår en långsam och stadig värdeökning, med vissa som förväntar sig att aktien ska stiga från 35  dollar i år till 60  dollar år 2026.

Chipbrist

En av de främsta faktorerna som har drivit vidare forskning kring TFT‑chiprörelsen är de senaste bristerna på marknaden. Halvledarchipmarknaden fortsätter att ha brist på grund av olika orsaker. För det första har politiska spänningar lett till att länder har compartmentaliserat sina chip‑byggnadsresurser för att förbereda sig för framtida konfrontationer.
Chipbristen har påverkat olika regioner på olika sätt. EU har drabbats hårdast av bristen eftersom den saknar stora tillverknings‑foundries, till skillnad från USA och Kina. Denna chipkris har gjort att många industrier desperat söker ersättningar och säkra alternativ om problemet kvarstår.
Lanseringen av fler foundries och bättre resursanvändning kan hjälpa till att lindra detta problem. Det bör dock noteras att efterfrågan på miniaturiserade högteknologiska enheter ökar stadigt, vilket innebär att marknadsefterfrågan kommer att följa med. Därför vore det klokt att positionera sig därefter.

Framtiden för tunnfilmstransistorer

Framtiden för TFT‑chip kommer att vara automatiserad. AI‑teknik kommer att arbeta hand i hand med utvecklare för att skapa nya och spännande alternativ till status quo. Nästa generation av TFT‑chip kommer att vara mindre, billigare och enklare att tillverka. Alla dessa faktorer kommer att säkerställa att de förblir en avgörande komponent i världens tekniksektorer.

Tunnfilmstransistorer på väg mot tillväxt

Det skulle vara svårt att hitta analytiker som tror att användningen av TFT‑chip kommer att minska de kommande åren. Ökningen av miniaturiserad elektronik fortsätter att driva detta ögonblick och främja innovation över hela marknaden. Detta senaste tillvägagångssätt ger ett mer inkluderande och realistiskt perspektiv på utmaningarna med TFT‑chip‑adoption. Därför bör data här hjälpa till att vägleda industrin mot en modell som är mer gynnsam för expansion.
Läs mer Dator News