Trong ngành công nghiệp bán dẫn, bên cạnh việc thiết kế vi mạch, nguyên vật liệu thô cấu thành chip bán dẫn đóng vai trò then chốt để chip phát huy tối đa hiệu năng. Các vật liệu như silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), phốt pho (P), boron, gali… đã cách mạng hóa ngành điện tử, tạo ra các thiết bị thông minh, nhỏ gọn. Nếu không có chúng, thế giới hiện đại với điện thoại thông minh, máy tính xách tay, ô tô điện, và tên lửa có lẽ đã không tồn tại.
Các Nguyên Liệu Thô Bán Dẫn Phổ Biến
Gắn liền với vai trò quan trọng của chip bán dẫn, nguyên liệu thô để sản xuất chất bán dẫn đóng góp không nhỏ vào sự phát triển của ngành.
Silicon (Si)
Silicon Là Nguyên Tố được Sử Dụng để Chế Tạo Vật Liệu Bán Dẫn, đặc biệt là wafer (tấm silicon bán dẫn). Wafer đóng vai trò là nền tảng để chuyển bản thiết kế mạch tích hợp thành chip vật lý. Silicon là nguyên liệu phổ biến và đóng vai trò then chốt trong ngành công nghiệp bán dẫn.
Germanium (Ge)
Germanium là một chất bán dẫn quan trọng khác, được ứng dụng trong sản xuất pin mặt trời, cáp quang, cảm biến hình ảnh vệ tinh và các thiết bị quân sự như kính nhìn đêm. Mặc dù germanium có nhiều ứng dụng quan trọng, quặng germanium lại khá hiếm.
Gali (Ga)
Gali được tìm thấy với lượng nhỏ trong quặng bauxite và kẽm. Nó được sử dụng để sản xuất gali arsenide, một vật liệu quan trọng trong chip điện tử. Gali cũng được ứng dụng trong áp kế, xét nghiệm y học hạt nhân, nhiệt kế và một số dược phẩm. Các tấm bán dẫn chứa gallium arsenide có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và hoạt động ở tần số cao hơn so với các tấm làm từ silicon, đặc biệt hữu ích cho vệ tinh, đèn LED, radar và các thiết bị liên lạc vô tuyến.
Indium Phosphide (InP)
Indium phosphide (InP) có bộ thu cao, điện dung bộ phát lớn, khoảng cách băng tần trực tiếp và mật độ dòng điện thấp. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như điốt laser và mạch tích hợp quang tử trong lĩnh vực viễn thông quang học. Tuy nhiên, indium phosphide có giá thành cao và khó sản xuất hàng loạt.
Tạp Chất Doping
Việc sản xuất chất bán dẫn loại P và loại N đòi hỏi phải thêm tạp chất vào tinh thể silicon để thay đổi tính chất điện của nó. Quá trình này được gọi là doping.
-
Boron (B): Boron là một kim loại giòn, bóng, quan trọng để chế tạo chip bán dẫn. Nó giúp liên kết các vật liệu khác nhau, nâng cao hiệu quả của chúng và cải thiện độ bền điện môi của polyme.
-
Phốt pho (P): Phốt pho đóng vai trò là chất pha tạp bằng cách chiếm vị trí của nguyên tử silicon trong cấu trúc tinh thể. Việc thay thế nhiều nguyên tử silicon bằng phốt pho sẽ giải phóng nhiều electron có thể di chuyển xung quanh tinh thể, tạo ra chất bán dẫn loại N.
Nguồn Cung Nguyên Liệu Thô Cho Ngành Bán Dẫn
Liệu lượng nguyên liệu thô trên trái đất có đủ đáp ứng nhu cầu của ngành bán dẫn đang bùng nổ?
Silicon, nguyên liệu chính để sản xuất chip bán dẫn, chiếm khoảng 28% vỏ trái đất, đảm bảo nguồn cung tương đối ổn định trong tương lai gần. Tuy nhiên, các nguyên liệu khác như phốt pho, arsen, bismuth, boron, gali và indium có thể bị hạn chế về nguồn cung và chịu sự biến động của thị trường do các yếu tố địa chính trị, chính sách thương mại và hạn chế khai thác.
Nhiều giải pháp đang được nghiên cứu, bao gồm khai thác từ các tiểu hành tinh, phát triển vật liệu thay thế, cải thiện quy trình tái chế và tìm kiếm các nguồn nguyên liệu thô bán dẫn bền vững hơn.
Tiềm Năng Tăng Trưởng Thị Phần Nguyên Liệu Thô Bán Dẫn (2024-2029)
Quy mô thị trường vật liệu bán dẫn ước tính đạt 70,30 tỷ USD trong năm 2024 và dự kiến đạt 88,66 tỷ USD vào năm 2029, với tốc độ CAGR là 4,75%.
Xu hướng thu nhỏ chip bán dẫn, sản xuất IC nút tiên tiến, tích hợp không đồng nhất và kiến trúc bộ nhớ 3D đòi hỏi nhiều bước xử lý hơn, dẫn đến nhu cầu cao hơn về nguyên liệu thô. Ngoài ra, xu hướng chuyển từ chất nền cứng sang vật liệu nhựa và giấy dẻo hơn cũng thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu mới.
Tuy nhiên, các yếu tố như cuộc chiến Nga-Ukraine và các tiêu chuẩn khí thải khắt khe hơn có thể tác động đến chuỗi cung ứng và giá cả của nguyên liệu thô.
Tóm lại, nguyên liệu thô là yếu tố không thể thiếu để hoàn thiện chuỗi cung ứng bán dẫn. Việc nhận thức đúng vai trò và dự đoán chính xác về sản lượng nguyên liệu trong tương lai là vô cùng quan trọng để đảm bảo ngành bán dẫn toàn cầu vận hành tối ưu và bền vững.
