Подавляющая часть японских производителей полупроводниковой продукции вынуждена полагаться на зрелые техпроцессы, но некоторые из них видели шанс на рост выручки в переходе на работу с карбидом кремния (SiC), который позволяет выпускать выносливые силовые полупроводниковые изделия, пригодные для использования в электромобилях. Renesas соответствующий план, тем не менее, провалила.

Источник изображения: Renesas Electronics

Как отмечается в публикации Nikkei Asian Review, компания Renesas Electronics отказалась от намерений организовать производство силовой электроники на основе карбида кремния на своём предприятии в японском Такасаки. Оно должно было подвергнуться модернизации для выпуска силовых компонентов на основе карбида кремния. Этот материал позволяет гораздо лучше переносить высокие токи и температуры, что важно для бортовых систем электромобилей.

Ставки производителей чипов на рост этого сегмента рынка не оправдались, поскольку в прошлом году рынок компонентов из карбида кремния увеличил выручку только на 18 % до $2,69 млрд против ожидаемого роста на 27 %. Сославшись на суровые рыночные условия, которые выражались не только в низком спросе на новый тип силовой электроники, но и высокую конкуренцию со стороны китайских производителей, Renesas от своих намерений отказалась, заодно распустив команду специалистов, которой предстояло заниматься выпуском SiC-решений на предприятии в Такасаки. Китайские конкуренты, по своему обыкновению, завалили рынок более дешёвыми компонентами данного типа, при нынешнем уровне цен японским компаниям заниматься выпуском таких чипов было просто невыгодно.

Японская компания Rohm оказалась в незавидном положении по итогам прошлого фискального года, который она завершила с чистыми убытками впервые за предыдущие 12 лет. Европейский производитель STMicroelectronics на фоне кризиса в сегменте с 2024 года потерял более половины своей капитализации. Даже американская Wolfspeed, на сотрудничество с которой в получении пластин из карбида кремния рассчитывала Renesas, сейчас подала заявку на банкротство. Если учесть, что в 2023 году Renesas проплатила ей авансом $2 млрд в счёт будущих поставок продукции сроком на десять лет, то японский партнёр теперь рискует потерять эти деньги.

Японская компания TDK уже несколько лет работает над совершенствованием литиевых аккумуляторов с кремниевым анодом, и с лета текущего года собирается наладить выпуск третьего поколения таких батарей. Если первоначально использование кремниевых анодов обеспечивало увеличение плотности хранения заряда на 5 %, то теперь этот показатель вырос до 15 %.

Источник изображения: Unsplash, Tyler Lastovich

Подразделение Amperex Technology в Гонконге, являющееся одним из крупнейших производителей аккумуляторов для мобильных устройств, батареи такого типа начало выпускать ещё в 2023 году. Тогда они обеспечивали преимущество в плотности хранения заряда в размере 5 %, но теперь его удалось увеличить до 15 %. Это позволило китайской компании Vivo оснастить свой смартфон X200 Pro аккумулятором ёмкостью 6000 мА·ч без увеличения массы и размеров относительно моделей, комплектуемых аккумуляторами ёмкостью 5000 мА·ч.

Потенциал использования батарей с кремниевыми анодами также осознаётся компаниями LG Energy Solution и Samsung SDI, которые разрабатывают их с прицелом на применение в электромобилях. TDK и ATL получают кремниевые аноды от американской компании Group14 Technologies, которая имеет в числе инвесторов немецкую Porsche AG, и также считает рынок электромобилей своим стратегическим направлением развития. Кремниевые аноды в составе тяговых аккумуляторов электромобилей позволяют сократить время зарядки с сорока до пяти минут. TDK остаётся единственной компанией, способной массово производить аккумуляторы с кремниевыми анодами. Это таит определённые риски для её клиентов, а также мешает им активно переходить на использование данного вида батарей.

Распределяя средства по так называемому «Закону о чипах» 2022 года, представители администрации Джозефа Байдена (Joseph Biden) в первую очередь заботились о крупных производителях чипов, которые должны построить новые предприятия на территории США, но теперь очередь дошла и до небольших поставщиков важной продукции. GlobalWafers будут выделены $406 млн на строительство предприятий в двух американских штатах.

Источник изображения: GlobalWafers

Тайваньский производитель кремниевых пластин, которые необходимы для изготовления полупроводниковых чипов, собирается построить предприятия в Техасе и Миссури, поэтому может претендовать на получение $406 млн субсидий от американских властей. Соответствующее соглашение было подписано на этой неделе. Министр торговли США Джина Раймондо (Gina Raimondo) по этому случаю заявила: «Полупроводниковые пластины, которые будут производиться здесь, в США, благодаря инвестициям в GlobalWafers, лежат в основе передовых чипов, которые позволят нам обойти весь остальной мир в сфере инноваций и конкуренции». Реализация этих проектов позволит не только укрепить цепочки поставок, национальную экономику и безопасность, но и создать около 2000 новых рабочих мест в Техасе и Миссури. Кремниевые пластины типоразмера 300 мм, которые будут изготавливаться GlobalWafers в США, будут включать варианты с технологией «кремний на изоляторе» (SOI).

GlobalWafers планирует вложить в строительство двух фабрик по выпуску кремниевых пластин на территории США около $4 млрд. «Закон о чипах» также предполагает выделение субсидий Intel, Micron, Samsung и TSMC. Последняя также является тайваньским производителем полупроводниковых компонентов, но получила гарантии предоставления субсидий от властей США в числе первых, а их величина уступает только средствам, причитающимся американской компании Intel, которая пока стоит на стратегическом перепутье.

Руководство GlobalWafers считает локализацию кремниевых пластин в США важным шагом по защите своего бизнеса в условиях, когда новая администрация страны грозит повысить импортные пошлины на продукцию азиатского происхождения. В любом случае, какую-то часть сырья и материалов для работы новых предприятий GlobalWafers придётся импортировать, и это создаёт некоторую неопределённость. Всего у компании имеются 18 предприятий на территории девяти стран мира. Выпуск кремниевых пластин сейчас контролируется пятью компаниями, занимающими более 80 % мирового рынка, при этом около 90 % пластин производятся в Восточной Азии.

Ученые разработали метод получения сверхчистого кремния, который применяется для производства чипов. Используя стандартное оборудование, они добились снижения доли примесей кремния-29 в чипах до 0,0002 %. Данный способ позволит создавать более мощные квантовые компьютеры с большим количеством кубитов, сообщает New Atlas.

Источник изображения: Kandinskiy

Кремний заслуженно считается одним из ключевых материалов, лежащих в основе современных электронных устройств и компьютерных технологий. Его значение настолько велико, что в его честь даже названа знаменитая Кремниевая долина в Калифорнии — место, где зародились многие IT-гиганты. Однако у кремния есть и определенные недостатки, ограничивающие его применение в перспективных областях, таких как квантовые вычисления.

Исследователи из Мельбурнского и Манчестерского университетов разработали метод получения сверхчистого кремния с помощью стандартного оборудования — ионного имплантатора. С помощью этой установки, которая широко применяется в полупроводниковой промышленности, компьютерный чип был «обстрелян лучом» кремния-28, в процессе чего примеси кремния-29 были заменены на более желательный кремний-28, и в результате, концентрация кремния-29 в чипе снизилась с 4,5 % до 0,0002 %.

Почему чистота кремния важна для квантовых компьютеров? Дело в том, что в основе работы квантовых компьютеров лежат кубиты — квантовые биты, использующие принципы квантовой механики. Они крайне чувствительны к любым внешним воздействиям и должны находиться в состоянии квантовой когерентности.

Однако натуральный кремний содержит примерно 4,5 % изотопа кремний-29, имеющего дополнительный нейтрон. Эти нейтроны ведут себя как микроскопические магниты, нарушая когерентность кубитов и вызывая ошибки в квантовых вычислениях. Таким образом, использование натурального кремния существенно ограничивает возможности квантовых компьютеров, и для их полноценной работы требуется гораздо более чистый кремний с минимальным содержанием изотопа кремний-29.

Кремний с высокой чистотой может позволить значительно расширить возможности квантовых компьютеров, так как чем больше кубитов содержит квантовый чип, тем он мощнее. Сверхчистый кремний, который получили ученые, в данном случае поможет стабилизировать работу таких многокубитных систем. В дальнейшем планируется протестировать разработанные сверхчистые кремниевые структуры на реальных квантовых устройствах. А успешные результаты могут привести к появлению квантовых компьютеров нового поколения.

Мировые поставки кремниевых пластин во втором квартале 2023 года увеличились на 2,0 % по сравнению с предыдущим кварталом до 3331 млн квадратных дюймов. Это на 10,1 % меньше, чем 3704 млн квадратных дюймов, зарегистрированных в том же квартале прошлого года, сообщает SEMI Silicon Manufacturers Group (SMG) в своём ежеквартальном анализе отрасли производства кремниевых пластин.

Источник изображения: Micron

«Полупроводниковая промышленность продолжает сталкиваться с избыточными запасами в различных сегментах рынка, из-за чего фабрики работают не на полную мощность, — говорит Анна-Риикка Вуорикари-Антикайнен (Anna-Riikka Vuorikari-Antikainen), председатель SEMI SMG. — В результате поставки кремниевых пластин отстают от своего пика 2022 года. Отгрузки пластин во втором квартале оставались стабильными по сравнению с предыдущим кварталом, при этом 300-мм пластины демонстрировали ежеквартальный рост среди пластин всех размеров».

Кремниевые пластины являются основным «строительным материалом» для большинства полупроводников, которые являются жизненно важными компонентами всех электронных устройств. Высокотехнологичные тонкие диски производятся диаметром до 300 мм и служат подложкой, на которой изготавливается большинство чипов и других полупроводниковых изделий.

Поставки кремниевых пластин в миллионах квадратных дюймов / Источник: semi.org

А вот та же таблица, но в квадратных метрах:

Чтобы наглядно представить масштабы ежеквартального мирового производства кремниевых пластин, напомним, что в 1 квадратном километре содержится 1 миллион квадратных метров или 10000 аров, в простонародье называемых «сотка». То есть общая площадь произведённых пластин во 2 квартале 2023 года — более 2 квадратных километров, что приблизительно соответствует 2150 дачным участкам по 10 «соток».