เซมิคอนดักเตอร์ หัวใจสำคัญของเทคโนโลยียุคใหม่

เทคโนโลยีสมัยใหม่ พึ่งพา เซมิคอนดักเตอร์ อย่างมาก เช่น ชิป ที่เป็นหัวใจสำคัญของเครื่องมือหลายอย่างในชีวิตประจำวัน เซมิคอนดักเตอร์เป็นอุปกรณ์สำคัญที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดความยุ่งยากในการทำงานของเครื่องมือเหล่านั้น การผลักดันให้เกิดการเติบโตในเศรษฐกิจมักมีการพิจารณาถึงความสำคัญของเซมิคอนดักเตอร์อย่างสูง การมีการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณภาพและมีประสิทธิภาพสูงจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการบริหารจัดการห่วงโซ่อุปทานของโลกในปัจจุบัน

การแก้ไขปัญหาด้านห่วงโซ่อุปทานของเซมิคอนดักเตอร์กลายเป็นเป้าหมายสำคัญของรัฐบาลและองค์กรต่าง ๆ ในช่วงเวลาที่ผ่านมา เพื่อให้สามารถจัดการกับความไม่แน่นอนในการผลิตและจัดหา เซมิคอนดักเตอร์ ให้เพียงพอต่อความต้องการของตลาดได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย

เซมิคอนดักเตอร์ คืออะไร ?

สารกึ่งตัวนำหรือ เซมิคอนดักเตอร์ คือวัสดุพิเศษที่มีคุณสมบัติพิเศษทั้งการเป็นตัวนำและฉนวนไฟฟ้า ประกอบด้วยสารเช่น เจอร์เมเนียม ซิลิคอน และซีเลเนียม สารเหล่านี้สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ในระดับหนึ่ง แต่ก็ปิดกั้นกระแสไฟฟ้าได้ในอีกระดับหนึ่ง

เซมิคอนดักเตอร์มีรูปแบบเป็นชิ้นแข็งขนาดเล็ก จึงนำมาประกอบเป็นชิ้นส่วนสำคัญในผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมมากมาย ตั้งแต่สินค้าอุปโภคบริโภค อุปกรณ์สื่อสาร สมาร์ทโฟน คอมพิวเตอร์ หลอด LED แผงโซลาร์เซลล์ รวมถึงเครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรม ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและพัฒนาศักยภาพให้กับสินค้าเทคโนโลยีต่าง ๆ การใช้ เทคโนโลยีในอนาคต เป็นสิ่งที่สำคัญเพื่อสร้างโลกที่มีความยั่งยืนและสะดวกสบายยิ่งขึ้น เช่น การพัฒนาเทคโนโลยีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมนุษย์ เพื่อสร้างชีวิตที่ดีและยั่งยืนในอนาคต

ปัจจุบันเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการพัฒนาให้มีขนาดเล็กลง แต่ประสิทธิภาพการทำงานดีขึ้นมาก ด้วยการนำสารกึ่งตัวนำหลายชนิดมาผสมผสานเข้าด้วยกันเป็นวงจรรวมบนชิป (IC) ประกอบด้วยตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ไดโอด ทรานซิสเตอร์ เป็นต้น ทำให้ IC สามารถประมวลผลได้อย่างฉลาดและรวดเร็ว จึงถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ และอุปกรณ์พกพาต่าง ๆ

นโยบายที่ภาครัฐสนับสนุนเพื่อส่งเสริมเซมิคอนดักเตอร์

รัฐบาลหลายประเทศต่างออกกฎหมายและนโยบายเพื่อเสริมสร้างศักยภาพการผลิตภายในประเทศ เช่น CHIPS Act ของสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นกฎหมายส่งเสริมอุตสาหกรรม เซมิคอนดักเตอร์ ใน 3 ด้านหลัก ดังนี้:

• ส่งเสริมการวิจัยและพัฒนาผ่านสิทธิประโยชน์ทางภาษีสำหรับบริษัทที่ลงทุนด้าน R&D เพื่อให้สหรัฐฯ เป็นผู้นำการออกแบบและผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่ทันสมัย
• สนับสนุนเงินทุนสำหรับการจัดตั้งโรงงานพัฒนาและผลิตเซมิคอนดักเตอร์ในสหรัฐฯ ซึ่งบริษัทอย่าง TSMC ได้ใช้ประโยชน์จากเงินทุนนี้แล้ว
• มุ่งพัฒนาบุคลากรชาวอเมริกันผ่านการสนับสนุนทุนฝึกอบรมและพัฒนาทักษะให้รองรับเทคโนโลยีใหม่ รวมถึงสร้างงานใหม่ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ประเภทของ Semiconductor

สารกึ่งตัวนำประเภทเอ็น (N-Type)

สารกึ่งตัวนำประเภทเอ็นเป็นสารกึ่งตัวนำที่เกิดจากการเติมสารหนูลงในซิลิคอน ทำให้มีอิเล็กตรอนส่วนเกินขึ้นมา เรียกว่า “อิเล็กตรอนอิสระ” อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระภายในโครงสร้างผลึกของสารกึ่งตัวนำ ช่วยให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้คล้ายกับตัวนำทั่วไป

สารกึ่งตัวนำประเภทพี (P-Type)

สารกึ่งตัวนำประเภทพีเกิดจากการเติมอะลูมิเนียมลงในซิลิคอน ทำให้เกิดช่องว่างหรือที่เรียกว่า “โฮล” ในแถวพันธะของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจากอะตอมข้างเคียงจะเคลื่อนที่มาอยู่ในช่องว่างหรือโฮลนี้ ทำให้ดูเสมือนว่าโฮลเคลื่อนที่ไปด้วย การเคลื่อนที่ของโฮลนี้เองที่ทำให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้

เซมิคอนดักเตอร์ ชิ้นส่วนสำคัญในอุปกรณ์เทคโนโลยี

เซมิคอนดักเตอร์ ใช้ทำอะไรในงานอุตสาหกรรมได้บ้าง? เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำขนาดเล็กที่มีคุณภาพสูง สามารถนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมหลายแบบ มันเป็นสมองส่วนสำคัญที่ช่วยควบคุมการทำงาน เพิ่มประสิทธิภาพในการขับเคลื่อนอุปกรณ์และเทคโนโลยีให้ดียิ่งขึ้น

• อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ สารกึ่งตัวนำเป็นส่วนประกอบสำคัญในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เช่น สมาร์ตโฟน คอมพิวเตอร์ และโทรทัศน์ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความทันสมัยให้แก่อุปกรณ์เหล่านั้น
• อุตสาหกรรมพลังงาน สารกึ่งตัวนำถูกนำมาใช้เป็นส่วนประกอบในแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อแปรรูปพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า นอกจากนี้ยังใช้ในระบบกักเก็บพลังงาน เช่น แบตเตอรี่และตัวเก็บประจุไฟฟ้า
• อุตสาหกรรมยานยนต์ สารกึ่งตัวนำมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์ ได้แก่ การควบคุมระบบต่างๆ ในรถยนต์ เช่น ระบบจัดการเครื่องยนต์ ระบบความบันเทิง และระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ รวมถึงการควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าระหว่างแบตเตอรี่ มอเตอร์ และชิ้นส่วนอื่นๆ
• อุตสาหกรรมการแพทย์ อุปกรณ์การแพทย์หลายชนิดประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำ เช่น เครื่องสร้างภาพจำลองภายในร่างกาย เครื่องกระตุ้นหัวใจ และเครื่องมือวินิจฉัยโรค เพื่อเพิ่มความแม่นยำและความรวดเร็วในการตรวจวินิจฉัย
• อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ สารกึ่งตัวนำมีบทบาทสำคัญในงานด้านการบินและอวกาศ ทั้งระบบสื่อสาร ระบบนำทาง ระบบควบคุมและตรวจสอบ ช่วยให้การประมวลผลมีความแม่นยำและทันสมัยมากยิ่งขึ้น

เซมิคอนดักเตอร์แบบแยกชิ้น คืออะไร

เป็น อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ที่แยกออกเป็นชิ้นส่วนต่าง ๆ เช่น ทรานซิสเตอร์ (Transistor) ไดโอด (Diode) และตัวต้านทาน (Resistor) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการออกแบบและสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ได้อย่างสะดวกและหลากหลาย การใช้ ไบโอพลาสติก เป็นวัสดุแทนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่มีคุณสมบัติบำรุงสิ่งแวดล้อมและยังสามารถย่อยสลายได้หลังจากการใช้งานเสร็จ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับลดปริมาณขยะพลาสติกและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

เซมิคอนดักเตอร์แบบแยกชิ้น มีหน้าที่อะไร?

เซมิคอนดักเตอร์แบบแยกชิ้น เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีหลากหลายประเภท แต่ละประเภทมีคุณสมบัติและหน้าที่ที่แตกต่างกัน ดังนี้

• ทรานซิสเตอร์ (Transistor) ทำหน้าที่ขยายสัญญาณไฟฟ้า เป็นองค์ประกอบสำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ
• ไดโอด (Diode) เป็นอุปกรณ์สำหรับควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าให้เดินทางได้ทิศทางเดียว ใช้ในวงจรแปลงกระแสไฟฟ้า
• ตัวต้านทาน (Resistor) ใช้ในการจำกัดและควบคุมปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในวงจร
• ตัวเก็บประจุ (Capacitor) สามารถเก็บประจุไฟฟ้าไว้ชั่วคราว มีประโยชน์ในการกรองสัญญาณและเก็บพลังงานไฟฟ้า
• ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor) ใช้สำหรับเก็บและคายพลังงานในรูปของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ช่วยในการกรองสัญญาณและควบคุมกระแสไฟฟ้า

สรุป

เซมิคอนดักเตอร์ เป็นหัวใจสำคัญของเทคโนโลยียุคใหม่ ด้วยความสามารถในการประมวลผลข้อมูลและสัญญาณดิจิทัลได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระบบคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง จึงนับเป็นหัวใจสำคัญที่ขับเคลื่อนนวัตกรรมด้านเทคโนโลยียุคใหม่ ไม่ว่าจะเป็นคอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟน อินเทอร์เน็ต และระบบอัจฉริยะต่าง ๆ ที่มีบทบาทสำคัญต่อวิถีชีวิตของมนุษย์ในยุคปัจจุบันและอนาคต

กิตติวงษ์ จันทุม

กิตติวงษ์ จันทุม เป็นวิศวกรที่มีประสบการณ์ยาวนานกว่า 15 ปีในอุตสาหกรรมสอบเทียบเครื่องมือวัด เขาเป็นผู้เชี่ยวชาญในการสอบเทียบอุปกรณ์วัดต่างๆ เช่น เครื่องวัดอุณหภูมิ เครื่องวัดแรงดัน เครื่องวัดระดับเสียง และอื่นๆ กิตติวงษ์ได้รับใบอนุญาตจากหน่วยงานกำกับดูแลเพื่อรับรองความสามารถในการสอบเทียบตามมาตรฐานสากล