Вплив використання пластику для виготовлення мікросхем на навколишнє середовище

Технологія все частіше рекламується як рішення незліченних екологічних проблем, від поглинання вуглецю до переробки матеріалів. Але, як було широко задокументовано, кремнієві чіпи, що лежать в основі цих передових рішень, мають власний — не незначний — вплив на вуглець.

Отже, як ми гарантуємо, що технологія не створює більше вуглецю, ніж видаляє? І чи можуть пластикові чіпи бути частиною рішення?

Час змін

Ні для кого не секрет, що виробництво напівпровідників на основі кремнію не відрізняється особливою екологічністю. На додаток до використання шкідливих хімікатів і газів, таких як перфторвуглеці (ПФУ), промисловість також потребує величезної кількості води та енергії, щоб вивести чіпи з дверей.

Візьмемо, наприклад, компанію TSMC із Тайваню: як один із найбільших у світі виробників напівпровідників, вона, природно, має великий енергетичний слід. У 2020 році компанія оголосила про перехід на відновлювану енергію вітру, щоб обмежити вплив на навколишнє середовище. Але зростання попиту на енергію, викликане комерційним виробництвом передових тринанометрових чіпів, перевищило будь-які прибутки від зеленої енергії; Очікується, що до 2022 року його споживання перевищить 7% від загального споживання електроенергії Тайваню, більше, ніж у місті Тайбей.

Насправді галузь загалом потрапляє в центр уваги через неймовірне споживання ресурсів. Оскільки глобальне потепління впливає на кругообіг води на всій планеті, а раптові посухи, за прогнозами, почастішають, модель, яка показує, що одна фабрика споживає мільйони літрів води на день, явно потребує змін.

Гнучка альтернатива кремнію

Гнучка напівпровідникова технологія — гнучкі інтегральні схеми («чіпи») на основі тонкоплівкових транзисторів — потенційно може втілити цю зміну. Виробництво гнучких чіпів пропускає багато ресурсомістких етапів виробництва кремнію; немає етапів високотемпературної обробки та набагато менше хімічних етапів. У результаті воно використовує значно менше енергії та води, ніж виробництво кремнію, і значно зменшує кількість споживаних хімікатів і газів.

Деякі можуть скептично ставитися до екологічних переваг використання пластику. Хоча це правда, що вони використовують полімерну (читай: пластикову) підкладку, кожен чіп має товщину всього в мікрони — тонше за людську волосину — і зазвичай важить менше 0,2 мг. Для контексту, 2000 FlexIC містять менше пластику, ніж одна соломинка.

І оскільки пластик замінюється більш стійкими альтернативами, можливість біорозкладаних субстратів стає спокусливою пропозицією. Насправді, оскільки підкладка не потрібна для функціональності — вона просто забезпечує фізичну підтримку під час виробництва та транспортування, — гнучкі мікросхеми майбутнього можуть повністю її усунути, звівши їхній вплив до абсолютного мінімуму.

Хоча біологічно розкладані мікросхеми ще далеко, їхній зменшений вплив на навколишнє середовище означає, що все ще має сенс використовувати гнучкі напівпровідники скрізь, де це можливо, заощаджуючи кремній для тих завдань, де він дійсно потрібен.

Тому що кремнієва технологія не зникне найближчим часом. Нам просто потрібно бути ощадливими в тому, як і де ми це розгортаємо.

Правильний інструмент для роботи

Довгі терміни виготовлення та високі витрати, пов’язані з розробкою кремнієвих чіпів, не кажучи вже про проблеми з ланцюгом постачання в останні роки, призвели до надто складних специфікацій — створення чіпів, які готові до будь-чого, а не до конкретного завдання.

Якщо для випуску чіпів у виробництво знадобляться місяці або навіть роки, вони мають бути придатними для широкого спектру випадків використання, незалежно від негайної потреби. Це фактично призводить до використання кувалди, щоб розбити горіх. Тому що кремнієві чіпи забезпечують високу продуктивність за високу вартість і великий вплив на навколишнє середовище.

Гнучкі чіпи забезпечують «достатньо хорошу» продуктивність за невелику частку вартості та викидів вуглецю. Це разом із їх гнучким форм-фактором означає, що їх можна використовувати там, де використання звичайної електроніки було б рентабельним або навіть можливим. Це також робить їх переконливою альтернативою застарілому кремнію.

Оскільки ми переходимо від Інтернету речей до Інтернету всього, крихітні недорогі чіпи, такі як ці, можуть виявитися вирішальними для надання інтелектуальних даних і підвищення ефективності при низьких накладних витратах на навколишнє середовище.

Гнучка революція

Інтерес до недорогої, гнучкої електроніки прискорюється протягом кількох років із зростаючою екосистемою, зосередженою на різних технічних підходах. І багато з них дивляться не тільки на кремній.

Деякі з них зосереджені на органічних напівпровідниках, які мають потенціал для інноваційних технологій виробництва, таких як друк, але часто мають обмежену продуктивність. На іншому кінці спектру матеріали на основі вуглецю, такі як вуглецеві нанотрубки та графен, демонструють чудові характеристики, але ще недостатньо зрілі для масового виробництва. Існують також варіанти, як-от моя компанія, які використовують оксиди металів, які забезпечують гідну продуктивність і для яких технології виробництва є ефективними для високопродуктивного виготовлення.

Розмовляючи з потенційними постачальниками, запитайте про конкретні випадки використання вашої компанії та про те, як виробничі можливості та часові рамки можуть задовольнити ваші конкретні потреби.

Гнучке майбутнє

Хоча переваги — і ринкові можливості — гнучких чіпів були продемонстровані, все ще існують перешкоди для розкриття їх повного потенціалу.

По-перше, глобальні виробничі потужності необхідно збільшити, щоб забезпечувати величезні обсяги, яких вимагає ринок. Хоча деякі комерційні фабрики для гнучких чіпів уже працюють, а інші знаходяться на стадії будівництва, потужності все ще відстають від кремнію. Протягом наступного десятиліття знадобляться значні капіталовкладення для задоволення глобального попиту.

По-друге, щоб повною мірою скористатися можливостями гнучких чіпів, нам потрібна повна партнерська екосистема, як і з кремнієм. Деякі елементи цього, такі як кваліфіковані постачальники матеріалів і обладнання, вже існують, але інші, такі як дизайнери, постачальники ІВ та партнери зі складання, потребують подальшого розвитку.

Нарешті, нам потрібно знайти найкраще місце для їх застосування, оскільки гнучкі чіпи не замінять кремнієві чіпи; вони їх доповнять. Але, використовуючи гнучкі напівпровідники для безлічі завдань, де «достатньої» продуктивності більш ніж достатньо, ми можемо звільнити кремній (з його значними накладними витратами на навколишнє середовище) для вирішення великих завдань і допомогти технології стати частиною рішення , не є частиною проблеми.