O que são semicondutores? Conheça a matéria-prima dos chips

O que são semicondutores? Conheça a matéria-prima dos chips

Semicondutores estão presentes em praticamente todos os chips do mundo moderno (Imagem: Maxence Pira/Unsplash)

Semicondutores são materiais com capacidade elétrica intermediária e que podem controlar o fluxo da corrente. Eles são usados como matéria-prima para a produção de chips e, por conta disso, é comum atribuir “semicondutores” como sinônimo de “chips”.

Existem dois tipos de semicondutores: os intrínsecos e os extrínsecos. O primeiro se refere ao estado puro dos semicondutores, como silício (Si) e carbono (C). Já o segundo envolve semicondutores puros que foram misturados com outros elementos para aumentar a taxa de condutividade.

A principal função dos semicondutores é de controlar o fluxo de corrente em circuitos integrados. Esse controle gera instruções binárias, e permite que chips se comuniquem com outros hardwares e executem tarefas.

A seguir, entenda o que são semicondutores e qual é a importância desses materiais para o mercado.

ÍndiceO que são semicondutores?Para que servem os semicondutores?Quais são os tipos de semicondutores?Semicondutores intrínsecosSemicondutores extrínsecosComo os semicondutores se transformam em chipsQuais são as principais fabricantes de semicondutores?Qual é a importância dos semicondutores para o mercado tecnológico?Qual é a diferença entre semicondutores e chips?Qual é a diferença entre semicondutores e supercondutores?

O que são semicondutores?

Semicondutores são materiais com capacidade de controlar eletricidade, intermediando o fluxo de corrente elétrica entre condutores e isolantes. Devido à essa natureza, os semicondutores são usados como matérias-primas na composição de praticamente todos os chips modernos e circuitos integrados.

Os semicondutores também costumam ser usados como sinônimos de chips. Logo, é importante entender o contexto para saber se a pauta está se referindo às matérias-primas (como silício e carbono, por exemplo) ou ao produto final (como os chips).

Para que servem os semicondutores?

Os semicondutores têm a função de controlar a corrente elétrica entre pontos de passagem ou isolamento em um circuito. Esse controle de fluxo gera instruções binárias para os sistemas o que, consequentemente, habilita a comunicação e execução de tarefas pelo hardware, e o bom funcionamento do sistema.

Para facilitar o entendimento, pense que os semicondutores atuam de forma similar a um semáforo: eles controlam o fluxo de corrente elétrica (os carros, na analogia) de um chip ou placa de circuito impressa (rodovia), por exemplo. E tudo isso em proporções nanométricas.

Quais são os tipos de semicondutores?

Os semicondutores podem ser divididos em duas categorias, dependendo da forma com que são manipulados. Confira abaixo os dois tipos desses materiais condutores.

Semicondutores intrínsecos

Semicondutores intrínsecos são semicondutores feitos de materiais puros, como silício (Si), carbono (C) ou germânio (Ge). Matérias-primas desse tipo costumam ter níveis mais baixos de condutividade elétrica e estabilidade térmica, porque suas propriedades dependem exclusivamente da natureza química dos elementos.

Semicondutores extrínsecos

Semicondutores extrínsecos são semicondutores compostos por impurezas, ou seja, materiais puros que foram misturados com outros elementos químicos — processo conhecido como doping. A dopagem altera a estrutura atômica da matéria e aumenta a condutividade dos semicondutores, tornando-os mais eficientes do que a “versão intrínseca”.

Como os semicondutores se transformam em chips

Primeiramente, engenheiros pegam os projetos digitais dos chips e os transformam em modelos de vidro, chamados de máscaras. As máscaras funcionam como uma espécie de esboço do circuito, e são enviadas para as fábricas para o início da produção.

Depois, é preciso preparar os semicondutores. Como exemplo, o silício é extraído da areia e passa por vários processos de refinamento para atingir um alto nível de pureza. Posteriormente, os cristais de silício são derretidos e recristalizados em uma peça única, que é fatiada em discos finos, conhecidos como wafer.

Ilustração de disco de wafer (Imagem: Reprodução/台積創新館 TSMC Museum of Innovation)

A partir das máscaras criadas no início da cadeia, máquinas de fotolitografia definem os padrões da estrutura de transistores e imprimem os circuitos no wafer com luz. Esse processo pode ser repetido várias vezes, dependendo da quantidade de máscaras necessárias para o chip. E cada disco de wafer é capaz de gerar centenas ou milhares de chips minúsculos.

Processo de fotolitografia imprime os padrões do chip no wafer (Imagem: Reprodução/台積創新館 TSMC Museum of Innovation)

Paralelamente ao processo de fotolitografia, os engenheiros também realizam a dopagem do semicondutor em várias etapas. A ideia é que a adição de impurezas aumente a condutividade do semicondutor puro, permitindo que ele atinja os parâmetros do projeto digital.

Por fim, os wafers são cortados com serras de diamante e formam milhares de retângulos individuais, que é o que conhecemos como chips. E após serem aprovados nos testes, os chips são enviados para as fabricantes de dispositivos eletrônicos e incorporados ao produto final.

Quais são as principais fabricantes de semicondutores?

O mercado de fabricantes de semicondutores é concentrado em poucas empresas que dominam o setor. E dentre as principais fabricantes estão:

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC): maior fabricante de semicondutores do mundo, que fabrica chips para gigantes globais como Apple, Nvidia e Samsung.

Samsung Electronics: a empresa sul-coreana também está entre as maiores fabricantes de semicondutores, produzindo chips próprios e para outras empresas.

Intel Corporation: a companhia estadunidense também fabrica chips para a própria marca e para outras empresas, como o Google.

GlobalFoundries Inc: empresa estadunidense que produz chips para terceiros, de diferentes segmentos.

Vale destacar que cerca de 90% da produção de semicondutores é concentrada em Taiwan, e grande parte dessa demanda é absorvida pela TSMC. No entanto, o país também conta com foundries menores — como a United Microelectronics Corporation (UMC) — que costumam ter menos visibilidade.

O Brasil produz semicondutores?

Sim, apesar de participação tímida a níveis globais. Chipus Microelectronics, CEITEC e HT Micron são algumas das poucas fabricantes brasileiras de semicondutores.

O Brasil é um player forte em etapas como encapsulamento e testes na cadeia de semicondutores, mas ainda avança para ampliar sua participação produtiva.

Qual é a importância dos semicondutores para o mercado tecnológico?

O setor de semicondutores tem um papel fundamental para o abastecimento do mercado e desenvolvimento tecnológico.

Basta pensarmos que os smartphones, computadores e outros eletrônicos que usamos no dia a dia dependem de chips. E os chips só existem graças aos semicondutores, que determinam onde a corrente elétrica vai passar (ou não) no circuito e habilitam a comunicação e funcionamento de processadores e outros hardwares.

Além disso, os avanços do setor de semicondutores permitem a criação de chips cada vez menores e mais finos. E isso também estimula o desenvolvimento tecnológico como um todo, com pesquisas e novas tecnologias para produtos ainda mais compactos.

Sem semicondutores, não há chips (Imagem: Maxence Pira/Unsplash)

Em resumo: o mundo moderno não seria como hoje se não fossem os semicondutores, já que praticamente todos os eletrônicos de consumo que usamos dependem de chips.

E é por isso que quando há uma crise no segmento de semicondutores, praticamente todas as áreas são afetadas: as prateleiras das lojas de smartphones e computadores ficam mais vazias, montadoras brecam a produção de automóveis, e a cadeia de eletrodomésticos também fica comprometida.

Qual é a diferença entre semicondutores e chips?

Semicondutores são materiais usados na composição de chips e circuitos para controle de energia. Em uma cadeia industrial, os semicondutores estariam no primeiro estágio, já que são usados como matéria-prima.

Já os chips são pequenos componentes de hardware formados por semicondutores, transistores e interconexões. Se os semicondutores são a matéria-prima, os chips são os produtos finais nessa analogia.

Qual é a diferença entre semicondutores e supercondutores?

Semicondutores têm condutividade elétrica intermediária e permitem o controle do fluxo da corrente. Já supercondutores podem apresentar resistência elétrica nula em determinadas condições, e costumam ser usados em sistemas mais complexos e potentes para evitar perda de energia.
O que são semicondutores? Conheça a matéria-prima dos chips

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Fonte: Tecnoblog