一般而言，半导体一词是指比玻璃这样的绝缘体（如玻璃）更好的材料（例如硅），但不如铜或铝等金属。但是当人们是今天谈论半导体，它们通常指的是半导体芯片。
这些芯片通常由薄片的硅薄片制成，并以特定模式在其上放置复杂的组件。这些模式使用称为晶体管的电交换机来控制电流的流动，就像您通过翻转开关打开灯的方式控制房屋中的电流一样。
您的房屋和半导体芯片之间的区别在于，半导体开关完全是电气的 - 没有机械组件，而芯片则包含数百亿开关在不超过指甲大小的区域。
半导体是电子设备处理，存储和接收信息的方式。例如，内存芯片将数据和软件作为二进制代码存储，数字芯片根据软件说明操纵数据，而无线芯片从高频无线电发射器接收数据，并将其转换为电信号。这些不同的芯片在软件控制下共同起作用。不同的软件应用程序执行非常不同的任务，但是它们都通过切换控制电流的晶体管来工作。
绝大多数半导体的起点是一块薄薄的硅，称为晶圆。今天的晶圆是晚餐盘的大小，被切碎单硅晶体。制造商添加磷和硼等元素在硅表面的薄层中，以增加芯片的电导率。在这个表面层中，制造了晶体管开关。
晶体管是通过在整个晶片中添加薄层的导电金属，绝缘子和更多硅的材料来构建的，并使用复杂的过程在这些层上勾勒出图案称为光刻然后使用高反应性气体的计算机控制等离子体选择性地去除这些层，以留下特定的模式和结构。由于晶体管是如此之小，因此在层中添加材料，然后小心地去除不需要的材料要比将显微镜薄的金属或绝缘体直接放在芯片上要容易得多。通过沉积，模式和蚀刻不同材料的层，半导体制造商可以创建具有每平方英寸数十亿晶体管的芯片。
有很多差异，但最重要的是每个芯片的晶体管数量增加。
半导体芯片最早的商业应用是口袋计算器，在1970年代广泛使用。这些早期的芯片包含数千种晶体管。1989年，英特尔介绍了单个芯片上第一个超过一百万晶体管的半导体。如今，最大的芯片包含超过500亿晶体管。这种趋势被称为摩尔定律这说明，芯片上的晶体管数量将大约每18个月翻一番。
摩尔的法律持续了五十年。但是近年来，半导体行业有必须克服重大挑战- 务必，如何继续缩小晶体管的大小，以继续这一进步速度。
一种解决方案是从平坦的二维层切换到三维分层硅形山脊投射在表面上方。这些3D芯片显着增加了芯片上晶体管的数量，现在正在广泛使用，但它们也很难制造。
简而言之，是的，芯片越复杂，工厂就越复杂，而且更加昂贵。
曾经有一段时间，几乎每个美国半导体公司都建立和维护自己的工厂。但是今天，一个新的铸造厂可以建造成本超过100亿美元。只有最大的公司才能负担得起这种投资。取而代之的是，大多数半导体公司将其设计发送给独立铸造厂进行制造。台湾半导体制造公司和总部位于纽约的Globalfoundries是两个跨国铸造厂的例子，它们为其他公司建造了芯片。他们拥有规模和规模经济，可以投资生产下一代半导体所需的昂贵技术。
具有讽刺意味的是，尽管在美国发明了晶体管和半导体芯片，但目前没有最先进的半导体铸造厂在美国土壤上。美国以前在1980年代以前来到这里日本将主导全球记忆业务。但是，随着新通过的筹码法，国会为在美国制造下一代半导体提供了激励措施和机会。
也许您的下一部iPhone中的芯片将“由苹果在美国建造的苹果设计”。
特雷弗·桑顿（Trevor Thornton）是亚利桑那州立大学电气工程学教授。
