Czy brakuje półprzewodników?

Czy brakuje półprzewodników?
Naukowiec AGH, absolwent myślenickiego LO

Zapowiadałem w felietonie opublikowanym w poprzednim tygodniu, że będę dalej dyskutował sprawy związane z używaniem w technice cyfrowej systemu dwójkowego, ale wydarzyło się coś, co skłania mnie do przedstawienia dzisiaj felietonu na nieco inny temat. Oczywiście do tematu systemu dwójkowego jeszcze powrócę, bo mam kilka ciekawostek, którymi będę się chciał z Państwem podzielić, ale dziś opowiem o półprzewodnikach, a dokładniej – o ich rzekomym braku.

Wydarzenie, które spowodowało moją zmianę decyzji, miało miejsce w czwartek. Zadzwoniła do mnie wtedy Pani Rzecznik Prasowy AGH, że przyjechała telewizja i gwałtownie potrzebuje kogoś, kto by mógł wytłumaczyć, o co chodzi z tym brakiem półprzewodników? Bo w prasie, telewizji i Internecie pojawiły się dramatyczne relacje, że wytwórcy samochodów zawieszają lub ograniczają produkcję z powodu braku półprzewodników, że to samo czeka producentów laptopów i smartfonów, więc że jest prawdziwa klęska.

Zaprosiłem ekipę telewizyjną do siebie i przygotowałem trochę płytek ze zmontowanymi różnymi układami elektronicznymi (telewizja lubi takie rekwizyty) z moich własnych prac badawczych i z prac magistrantów i doktorantów. Gdy przyszli z potężną kamerą na statywie – zaprosiłem ich do laboratorium i wyjaśniłem do tej kamery, że problemem nie jest brak półprzewodników, tylko wytworzonych na bazie tych półprzewodników układów elektronicznych, wytwarzanych obecnie w formie tak zwanych układów scalonych.

Półprzewodnik to substancja, która tym się charakteryzuje, że przewodzi prąd elektryczny znacznie gorzej niż metale, ale znacznie lepiej, niż substancje wykorzystywane jako izolatory. Stąd nazwa: pół-przewodnik. We współczesnej elektronice wykorzystuje się wiele takich substancji, ale najpowszechniej używany jest krzem. Jest to niezwykle popularny pierwiastek, bo w skorupie Ziemi jest go prawie 27%, więc o żadnym braku nie może być mowy. Telewidzowie spędzający wakacje nad morzem mają pod stopami ogromne ilości tego półprzewodnika w postaci piasku na plaży, a ci, którzy wybrali się w góry, znajdą go mnóstwo w prawie każdej napotkanej skale.

Oczywiście krzem w postaci piasku albo górskich kamieni nie jest jeszcze tym, z czego robi się układy elektroniczne, ponieważ można je wytwarzać jedynie w bardzo czystych monokryształach krzemu, ale wytwarzanie tych monokryształów jest już procesem bardzo dobrze opanowanym. Na marginesie warto dodać, że technika formowania owych monokryształów została wynaleziona przez polskiego uczonego, Jana Czochralskiego, który jest wymieniany z szacunkiem we wszystkich profesjonalnych opracowaniach na temat półprzewodników.

Zatem półprzewodników możemy mieć ile chcemy. Natomiast tym, czego brakuje (chwilowo) są wytwarzane z tych półprzewodników układy scalone.

To podstawowy budulec współczesnej elektroniki. Za ich wynalazcę uważany jest Jack Kilby, który skonstruował pierwszy taki układ 28 sierpnia 1958 roku, a potem (w 2000 roku) otrzymał za to nagrodę Nobla. Układy scalone są stosowane wszędzie: w komputerach, w telefonach, w robotach – i w samochodach. Ich wytwarzanie jest bardzo skomplikowane, ale już znakomicie opanowane, więc nie ma obawy, że ich naprawdę zabraknie. Natomiast teraz, w sierpniu 2021 roku, pojawiły się chwilowe niedobory spowodowane trzema czynnikami: ograniczeniami produkcji w czasie pandemii (duża część fabryk układów scalonych jest w Chinach), zwiększonym zapotrzebowaniem, spowodowanym rozwojem technologii 5G w telekomunikacji, oraz zasadami gospodarki bez-magazynowej. Ta ostatnia polega na tym, że producent układów scalonych nie produkuje ich na zapas, tylko wtedy jak dostanie konkretne zamówienie, a z kolei wytwórca produktów, w których stosuje układy scalone, zamawia je wtedy, kiedy wie, że uda mu się sprzedać owe produkty.

Obecnie jedni i drudzy przesadzili trochę z ostrożnością...