Kas pooljuhid on keskkonnale kahjulikud?

Tehnoloogiatööstuses on vaikne pinge, mis harva jõuab toote turuletoomisetappi. Seadmed, mida ostame navigeerimiseks, suhtlemiseks ja meelelahutuseks, sõltuvad kiipidest, mille tootmine on mitmel viisil planeedile kahjulik. Laastu tootmine kulutab erakordselt palju vett ja elektrit, eraldab tugevaid kasvuhoonegaase ja tekitab keemilisi jäätmeid, mis nõuavad hoolikat käitlemist. Samal ajal aitavad tooted, mida need kiibid toodavad, vähendada heitkoguseid transpordis, energeetikas ja põllumajanduses. Seetõttu ei ole lihtne otsustada, kas pooljuhid on keskkonnale kahjulikud. Küsimus on kompromisside-s, ajakavades ja selles, kes kannab kulud.

 

 

pooljuhid

 

Alustades põhitõdedest: millest me räägime

Keskkonnamõjude mõistmiseks aitab meelde tuletada, millele see sõna tegelikult viitab. Pooljuhi tähendus pärineb füüsikast: pooljuht on materjal, mille elektrijuhtimise võime jääb juhi ja isolaatori omade vahele. Räni, mis on kõige levinum näide, saab olenevalt tingimustest konstrueerida elektrivoolu kandmiseks või blokeerimiseks, mistõttu on see transistoride jaoks ideaalne ehitusplokk. Miljardid ühele kiibile pakitud transistorid moodustavad loogikaahelad igas nutitelefonis, serveris, autos ja seadmes. Tootmisprotsess, mis toodab neid kiipe nanomeetri skaalal, on üks kõige ressursimahukamaid{4}}tööstuslikke tegevusi maailmas.

 

 

Vesi: kõige nähtamatum hind

Keskkonna levialad:

• Ultra-puhas veetarbimine
• Perfluorosüsivesinike heitkogused
• Elekter fossiilkütustest
• Keemiliste jäätmete vood
• Seadmete süsiniku jalajälg

Laastude valmistamiseks on vaja erakordselt puhast vett, mis on palju puhtam kui joogivesi, mida kasutatakse vahvlite loputamiseks sadade etappide vahel, mis moodustavad vooluringi kihte. Üks suur tootmisrajatis võib iga päev tarbida miljoneid galloneid seda üli-puhast vett. Paljud arenenud tehased asuvad piirkondades, kus esineb perioodiliselt tõsine põud, mis tõstatab teravaid küsimusi selle kohta, kas laastu tootmise paigutamine veekoormusega piirkondadesse on jätkusuutlik, kuna toodang suureneb veelgi.

Enamik inimesi ei mõtle sellele, kui suure täpsusega riistvara kulub selle vee haldamiseks pärast seda, kui see seadmesse siseneb. Ultra-puhta vee ahelad põhinevad roostevabast terasest ventiilidel ja toruliitmikel, mis vastavad rangetele puhtuse-kindluse ja korrosioonikindluse nõuetele, sest isegi kehvematest materjalidest tekkinud saastejääk võib vahvlipartii rikkuda. Tootjad nagu LEADTEK tarnivad selliseidSS316 roostevabast terasest kuulventiilidjatoruliitmikudet pooljuhtrajatised sõltuvad lekke--- ja saastevabast-vedelike kontrollist kogu oma üli-puhta veesüsteemides. See on detail, mida kiibivalmistamise keskkonnajalajälge käsitlevates pealkirjades harva esineb, kuid iga ahelas oleva ventiili töökindlus mõjutab otseselt seda, kui palju vett fab raiskab või taastub.

Veeprobleem süveneb, kui uusi rajatisi ehitatakse kuivadesse või poolkuivadesse{0}}piirkondadesse, kus magevee kättesaadavus on juba põllumajanduse, rahvastiku kasvu ja kliima soojenemise tõttu surve all. Kiibitootjad on vee ringlussevõtul saavutanud tõelisi edusamme, mõned tehased taastavad ja taaskasutavad enam kui kaheksakümmend protsenti tarbitavast veest. Edusammud ei ole aga sama, mis lahendus. Isegi ringlussevõetud vesi vajab puhastamiseks energiat ja nõudluse absoluutmaht kasvab laastude tootmise laienedes.

 

LEADTEK roostevabast terasest äärikuga kuulkraan

 

Kasvuhoonegaasid, millest te pole ilmselt kunagi kuulnud

Süsinikdioksiid on kasvuhoonegaas, mis domineerib avalikes vestlustes, kuid kiibitööstuse kõige murettekitavam atmosfääri panus pärineb täielikult erinevast molekulide perekonnast. Perfluorosüsivesinikke ja sarnaseid ühendeid, nagu lämmastiktrifluoriid, kasutatakse plasmasöövitamise ja kambrite puhastamise protsessides fabide sees. Need gaasid on uskumatult tugevad soojendajad. Näiteks lämmastiktrifluoriid püüab soojust tuhandeid kordi tõhusamalt kinni kui süsinikdioksiid üle sajandi{3}}ja see püsib atmosfääris sadu aastaid.

Paljude aastate jooksul ei kaasatud neid gaase isegi rahvusvahelistesse heitkoguste jälgimise raamistikesse, osaliselt seetõttu, et neid toodeti nii väikestes absoluutmahus ja osaliselt seetõttu, et neil puudusid looduslikud allikad, mistõttu neid oli lihtne tähelepanuta jätta. Teadlikkus on tunduvalt paranenud. Juhtivad kiibitootjad teatavad nüüd oma fluoritud gaaside heitkogustest ja on investeerinud heitkoguste vähendamise süsteemidesse, mis hävitavad gaasid enne nende atmosfääri jõudmist. Olukord on parem kui kümme aastat tagasi ja see on endiselt õigustatud murekoht, kuna vahvlite tootmismahud kasvavad jätkuvalt.

Seadmed, millele me tugineme rohelisema tuleviku suunas liikumiseks, on ehitatud tehastes, millel on tasuda oma keskkonnavõlad.

 

Energiavõrrand

Fabs jookseb ööpäevaringselt ega peatu kunagi. Masinad, mis ladestavad, söövitavad ja kontrollivad materjalikihte räniplaatidele, on energianäljas viisil, mida on väljastpoolt raske täielikult hinnata. Üks suur tehas suudab ammutada sama palju elektrit kui väike linn ja globaalse kiibitööstuse kollektiivne tarbimine konkureerib paljude keskmise suurusega -riikide omaga. See, kust see elekter tuleb, on väga oluline. Hüdroelektri- või päikeseenergial töötaval tehasel on põhimõtteliselt erinev süsinikuprofiil kui kivisöe{5}}raskevõrgust.

Paljud piirkonnad, kuhu on koondunud täiustatud hakketootmine, sõltuvad oma elektrivarustuses endiselt olulisel määral fossiilkütustest, sealhulgas veeldatud maagaasist ja mõnel juhul kivisöest. Tootmisvõimsuse kasvades on kasvanud ka surve kohalikule elektritaristule ning keskkonnakaitsjad on mitmes kohas väljendanud muret seoses uue fossiilkütuste tootmisega, mis ehitatakse spetsiaalselt kiibitööstuse nõudluse rahuldamiseks. Tööstusharu on üldiselt võtnud endale kohustuse laiendada taastuvenergia hankeid, kuigi nende kohustuste tempo ja usaldusväärsus on operaatorite lõikes märkimisväärselt erinev.

 

Pearaamatu teine ​​pool

Tasakaalustatud konto peab tunnistama tasakaalustavat lugu. Pooljuhid on lahutamatu osa paljudest tehnoloogiatest, mis pakuvad kõige usaldusväärsemaid võimalusi ülemaailmsete heitkoguste vähendamiseks. Elektrisõidukid toetuvad aku jõudluse ja laadimise tõhususe juhtimiseks jõuelektroonikatele. Nutikad võrgusüsteemid kasutavad kiipe, et tasakaalustada elektrienergia pakkumist ja nõudlust reaalajas, vähendades seeläbi jäätmeid. LED-valgustus, soojuspumbad, tuuleturbiini kontrollerid ja päikeseenergia inverterid sõltuvad kõik oma põhifunktsioonidest kiipidest. Nende rakendustega saavutatav energiasääst, mis on kogunenud miljonite paigalduste ja aastakümnete jooksul, on märkimisväärne.

Teadlased, kes on uurinud kiibi{0}toega tehnoloogiate kogu elutsüklit, leiavad üldiselt, et selliste toodete nagu elektrisõidukid või nutikad termostaadid välditavad heitkogused kaaluvad üles kiibi valmistamisel tekkivad heitkogused, sageli märkimisväärse varuga. See ei tähenda, et tootmise mõju oleks vastuvõetav või ignoreeritav. See tähendab, et kiibi valmistamise ja keskkonna suhe on keerulisem, kui lihtne halb-või-hea otsus seda tabada suudab.

 

Kuidas näeb välja vastutus

Kiibi tarneahela tugevaimad operaatorid on hakanud käsitlema jätkusuutlikkust pigem tehnilise probleemina kui avalike suhete harjutusena. Vee ringlussevõtu süsteemid on muutunud uute fab-konstruktsioonide standardseteks insenerinõueteks. Fluoritud gaaside heitkoguste vähendamise seadmed on nüüdseks laialdaselt kasutusel juhtivates rajatistes. Taastuvenergia hankimine kiireneb osaliselt ettevõtte siseste kohustuste ja osaliselt tehnoloogiasektori suurklientide survel, kellel on oma neto-null-eesmärk.

Samuti karmistatakse regulatsioone. Euroopa Liidu ettevõtete jätkusuutlikkuse aruandluse direktiiv nõuab suurettevõtetelt keskkonnaandmete avalikustamist üha täpsemini. California kliimaalase teabe avalikustamise seadused, mis jõustusid etapiviisiliselt alates 2024. aastast, mõjutavad osariigis oluliste tegevustega kiibitootjaid või kliente. Need raamistikud loovad stiimuleid mõõtmiseks ja vähendamiseks, mis lähevad kaugemale kui vabatahtlikud lubadused.

Aus vastus selle artikli ülaosas esitatud küsimusele on see, et kiibi valmistamisega kaasnevad tegelikud keskkonnakulud, kulud, mille vähendamise nimel tööstus töötab, kuid mida pole veel lahendatud. Samal ajal võimaldavad toodetud kiibid tehnoloogiaid, mis võivad lõppkokkuvõttes vähendada heitkoguseid rohkem kui fabs. Eesmärk ei peaks olema selle vahetuse tähistamine-, vaid selle sulgemine, muutes tootmise puhtamaks, samal ajal kui rakendused, mida see võimaldab, jätkavad majanduse süsinikdioksiidiheite vähendamist.