Was sind Halbleiter? Warum sind Halbleiterunternehmen so wichtig? Wofür werden sie verwendet?
Halbleiter sind Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und Isolatoren liegt. Ihre Leitfähigkeit kann präzise durch Temperatur, Licht, elektrische Felder oder das Dotieren mit geringen Mengen an Verunreinigungen gesteuert werden. Zu den gängigen Halbleitermaterialien gehören Silizium, Germanium und Galliumarsenid, wobei Silizium als Grundstein der modernen Elektronikindustrie gilt.
Wofür werden Halbleiter verwendet?
Der Kernanwendungsbereich von Halbleitern – integrierte Schaltkreise (ICs) – umfasst mehrere Schlüsselkomponenten, die hauptsächlich in Prozessoren, Speicher und Sensoren unterteilt werden können.
Prozessoren: CPU, GPU
Speicher: DRAM, NAND-Flash
Sensoren: Kameramodule, CMOS-Sensoren, Fingerabdrucksensoren, Umgebungssensoren
Diese integrierten Schaltkreise sind praktisch das Herz und die Sinne aller intelligenten Geräte und sind für deren ordnungsgemäßen Betrieb und Funktionalität von entscheidender Bedeutung.
Halbleiter unterteilt nach Funktion:
Leistungshalbleiter zur Steuerung der Energieumwandlung: Verwendet in Elektrofahrzeug-Motorantrieben, Hochgeschwindigkeitszügen, Wechselrichtern für Windkraft-/Photovoltaik-Anlagen zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Unterstützung der CO2-Neutralität. Weltweit werden etwa 70 % des Stroms durch Leistungschips geregelt.
Optoelektronische Bauteile/Bauelemente: Wie Laser für die Glasfaserkommunikation und medizinische Geräte.
Kern-Halbleiterkomponenten für die Batteriestromsteuerung.
Kommunikations- und HF-Halbleiter: Für 5G/6G-Basisstationschips, HF-Module in Mobiltelefonen, Satellitenkommunikationschips.
Halbleiter für Quantentechnologien: Wie Supraleiter für Quantencomputer.
Warum sind Halbleiterunternehmen so wichtig?
1. Technologische Grundlagenfunktion
Halbleiter sind das Herzstück aller modernen elektronischen Geräte, vergleichbar mit dem „Öl des digitalen Zeitalters“. Von Smartphones und Computern bis hin zu Stromnetzen, Hochgeschwindigkeitszügen, Raumfahrzeugen und militärischer Ausrüstung – alle sind auf Halbleiterchips angewiesen.
2. Hoher wirtschaftlicher und strategischer Wert
Der globale Halbleitermarkt hatte 2023 ein Volumen von über 500 Milliarden US-Dollar und stützt eine Elektronikindustrie, die mehrere Billionen US-Dollar wert ist. Die Halbleiter-Lieferkette ist extrem lang und umfasst Design, Fertigung, Verpackung & Test, Geräte und Materialien, was Beschäftigung und Innovationsökosysteme fördert. Sie ist auch ein Zeichen für die Wettbewerbsfähigkeit eines Landes. Die Fähigkeit, Hochleistungschips herzustellen, steht in direktem Zusammenhang mit der technologischen Souveränität.
3. Lebenswichtig für die nationale Sicherheit
Militärische Radarsysteme, Raketensteuerung, Satellitenkommunikation und Verschlüsselungstechnologien sind alle auf Hochleistungschips angewiesen. Eine Unterbrechung der Halbleiterversorgung könnte die Landesverteidigung und kritische Infrastrukturen lahmlegen.
4. Treiber für Innovation
Durchbrüche in Spitzentechnologien wie Künstlicher Intelligenz (KI), 5G/autonomem Fahren und Quantencomputing setzen alle verbesserte Halbleiterleistungen voraus. So verdoppelt sich beispielsweise die Rechenleistung von KI-Chips etwa alle zwei Jahre.
Wie ist die Halbleiter-Lieferkette aufgebaut?
Die Halbleiter-Lieferkette lässt sich grob in Upstream, Midstream und Downstream unterteilen.
Upstream: Dazu gehören Halbleitermaterialien, Produktionsanlagen, EDA und IP-Cores.
EDA (Electronic Design Automation) umfasst Tools für Schaltungsdesign und -simulation, PCB-Design-Software, IC-Design-Software und PLD-Design-Tools.
IP-Cores (Intellectual Property Cores) sind vorgefertigte, funktionale Chipmodule, die bereits logisch oder physikalisch designed sind. Kunden können diese lizenzieren und in ihre eigenen Chipdesigns integrieren, um sie final in der Fertigung (Stream) zu produzieren.
Midstream: Umfasst die drei Hauptbereiche Design, Fertigung (Wafer-Fabrikation) sowie Verpackung und Test (Assembly & Test).
Downstream: Hier geht es um die Anwendung der Halbleiter, z.B. in PCs, Medizintechnik, Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Internet der Dinge (IoT), Informationssicherheit, Automobilindustrie, erneuerbare Energien und industriellen Anwendungen.
Halbleiter sind der Boden der digitalen Welt. Ohne sie würde die gesamte elektronische Intelligenz unserer modernen Zivilisation verschwinden. Ihre strategische Bedeutung ist vergleichbar mit der von Stahl und Öl im Industriezeitalter – sie sind eine zentrale Lebensader für die technologische, wirtschaftliche und nationale Sicherheit eines Landes.