为什么半导体生产难，只有少数公司生产？

大家都知道，我们购买的几乎所有电子设备都使用了半导体芯片。 他们进入计算机、智能手机、小工具、汽车、飞机、医疗设备、军事系统等等。 目前世界正面临全球半导体芯片短缺的问题，这引发了为什么不能有更多的公司进入半导体芯片生产的问题。 让我们通过本文深入了解半导体行业，了解哪些复杂性不允许许多公司进入该行业。

为什么半导体芯片出现在新闻中？

2021 年，全球芯片短缺的消息屡见不鲜，苹果、特斯拉、塔塔汽车和三星电子等公司不得不急需半导体芯片。 共有169个行业受到短缺的影响，其中汽车行业受到的打击最为严重。

有几个因素导致了这种全球短缺。 他们之中有一些是：

• 大流行期间在家工作所需的电子产品需求激增
• 由于封锁限制导致劳动力短缺
• 台湾干旱
• 中美贸易战。

半导体芯片存储让各国意识到芯片制造只集中在少数几个东亚国家。 因此，今年世界各国纷纷提出建设这些半导体芯片产能的计划，以实现自给自足并减少进口依赖。 印度将花费约 300 亿美元来发展半导体供应链生态系统。 美国也在考虑实施 CHIPS for America 法案，为芯片制造和政府​​支持半导体巨头提供 520 亿美元。 该法案旨在为美国半导体制造厂的建设、扩建或现代化提供财政援助。

半导体芯片行业-历史与现在

1958 年，德州仪器 (TI) 的电子工程师杰克·基尔比 (Jack Kilby) 创造了第一块集成电路，它是现代微芯片的鼻祖。 这是20世纪伟大的革命性发明。 半导体产业起步于 1960 年左右，到 1966 年销售收入突破 10 亿美元大关。2022 年，全球半导体芯片产业预计将达到 6000 亿美元左右。 但世界上能够制造半导体芯片的公司很少，能够从中获利的公司就更少了。 让我们通过深入研究半导体芯片行业及其制造过程来了解为什么会这样。

半导体行业的模式和主要参与者

半导体行业由来自台湾、美国、韩国、中国大陆、日本和荷兰的公司主导，这些国家的半导体制造有政府支持、发达的基础设施和规模经济。

该行业基于一种模型，即制造、设计和开发分布在世界各地的不同公司及其子公司之间。 台积电和格罗方德等代工公司只参与制造。 AMD、Nvidia 等无晶圆厂半导体公司将生产外包给第三方制造厂，只设计设备。 英特尔和三星等集成设备制造商 (IDM) 制造（内部）、设计和销售集成电路产品。

该行业的主要参与者是台积电（Foundry）、三星电子（IDM）、英特尔（IDM）和高通（Fabless）。

代表前 8 家半导体公司、其类型和国家/地区的表格。

仅台湾台积电就制造了很大比例，即全球50%以上的半导体。 它是世界上最大的铸造厂。 苹果是最大的芯片消费国，而两大无晶圆半导体公司英伟达和高通只是台积电的客户。 台积电的竞争对手三星宣布投资 3550 亿美元制造 3nm 芯片以击败台积电。

制造半导体芯片的过程

半导体芯片是使用半导体硅制成的。 制造半导体芯片的过程涉及超过 59 种设备和不同的步骤，需要重复这些步骤才能在芯片中创建层。 一个芯片可以由多达 100 层组成，这意味着必须以相同的数量重复这些步骤。

从沙子中提取的硅晶片被转化为晶体管，这些晶体管构成了一组称为芯片的电路的基础。 以下步骤概述了在半导体芯片中创建层的过程 -

• 第一步是在晶圆上涂上感光化学品和耐光材料。
• 然后在第二阶段进行光刻，在光刻机内将涂覆的硅晶片暴露在紫外线下。 光线穿过包含芯片蓝图的掩模到晶圆上以打印图案。 这个过程使得在单个硅晶片上构建数百个芯片成为可能。
• 然后暴露在光线下的区域会变硬，而未暴露的柔软区域会被热气体蚀刻掉。
• 下一步涉及使用离子气体来修改通过添加一些杂质创建的层的导电特性，然后最后在晶体管之间铺设金属链接，从而创建一个完整的层。

将重复所有这些步骤以创建后续层。

为什么我们不能生产更多的芯片来满足飙升的需求？

如果存在芯片短缺，那么为什么不让更多公司进入半导体芯片生产领域，缩小供需差距呢？ 好吧，要知道这个问题的答案，我们首先需要了解制造芯片和半导体行业的复杂性。

是什么让制造半导体芯片如此复杂？

虽然芯片在尺寸上是一个小东西，但它涉及到最复杂和最昂贵的过程。 这是使任何公司都难以进入该行业的因素清单-

• 它需要土地、许可证、自然基础设施、电力、复杂的机器和超过 2 年的交货时间来建立超级昂贵的制造厂和制造这些芯片的工厂。 2021 年，三星宣布计划于 2024 年在德克萨斯州开设一家价值 170 亿美元的芯片工厂。
• 制造芯片也是一个复杂的过程，需要相当长的时间。 将原始硅片变成最终放入设备的芯片需要将近 3 个月的时间。
• 制造过程是原子级的，需要昂贵的工厂设备。
• 此外，将硅放入芯片制造机的房间必须绝对无尘。 一粒灰尘可能会浪费所有的努力和数百万美元。
• 半导体芯片生产涉及生产或设计它们的公司以及提供所需技术、材料和机械的公司的复杂网络。

俄乌战争如何对行业产生更大影响？

用于生产芯片的光刻中的激光器需要氖。 去年，全球用于芯片制造的霓虹灯消费量约为 540 公吨。 俄乌战争加剧了全球芯片短缺，因为世界上一半以上的霓虹灯仅由两家乌克兰公司生产——Ignas 和 Cryin，这两家公司不得不关闭其业务。 因此，这将对半导体行业产生强烈影响。 此外，俄罗斯的钯金供应也可能因战争而受到影响。 汽车排气系统中应用的催化转换器所必需的钯的短缺可能会通过汽车制造商对芯片的需求减少，间接对半导体行业产生潜在影响。

结论

半导体代工厂需要数十亿美元的巨额资本投资和相当长的时间才能成立。 此外，这些代工厂无法以非常快的速度生产芯片，因为制造过程也需要时间并且需要昂贵的设备。 这一切都让任何一家公司都很难进入这个行业，即使任何一家公司这样做了，他们也很难与大鱼竞争并获得利润。 这就是为什么当谈到半导体芯片制造商时，我们只会听到少数几个随着时间的推移在该行业获得巨大市场份额的名字。

常见问题

半导体芯片是由什么制成的？

半导体也称为集成电路 (IC) 或微芯片，由纯硅制成。

谁是最大的半导体芯片制造商？

台湾台积电是最大的半导体芯片制造商。

最值得投资的5家半导体公司是什么？

台积电 (TSMC)、英特尔 (INTC)、英伟达 (NVDA)、超微 (AMD)、美光 (MU)。