Fysiker och elektroingenjörer förstår och designar elektroniken, men det är kemister som gör den möjlig. 

Vi lever i halvledaråldern. I dag är det nästan svårt att hitta exempel på saker i vår vardag där halvledare inte spelar en nyckelroll. Det sitter små komponenter av halvledarmaterial, ofta kallar vi dem för chipp, i nästan allt. Chippen gör så att datorn och telefonen fungerar, men också bilen, tvättmaskinen, kylskåpet och, inte minst, hela internet.

Detta blev tydligt i början av covid-19- pandemin när det började talas om en brist på halvledare. Nu var det aldrig någon brist på själva halvledarmaterialet – det vanligaste är kisel som finns i all sand. I stället var det brist på produktionskapacitet för halvledarchippen.

Inom bilindustrin trodde många i början av pandemin att de inte skulle kunna sälja så mycket bilar. Därför hörde de av sig till fabrikerna som gör halvledarchipp och sa att de inte behövde alla chipp de hade beställt. Elektronikföretag beställde däremot många fler chipp. För när vi var tvungna att stanna hemma under pandemin ville många ha en ny spelkonsol eller en ny tv, och när vi började jobba hemma behövdes fler skärmar, datorer och webbkameror. Sedan märkte bilindustrin att de visst sålde bilar och därmed behövde chippen, men nu var de sist i kön till produktionen, och halvledare och deras kris hamnade i många nyhetssändningar.

Men hur blev det så här? Att något som vi är så beroende av i våra liv inte kunde till verkas i tillräckliga volymer? I takt med att elektronik, som datorer och mobiltelefoner, blir allt mindre och alltmer energieffektiv, måste de elektroniska komponenterna i halvledarchippen bli alltmer komplicerade. Komponenterna, som transistorer och kondensatorer, är i dag nästan ofattbart små och har dessutom ganska komplexa geometrier.

Tillverkningen av elektronik innebär att hundratals miljarder av dessa komponenter ska produceras samtidigt, och alla måste se precis lika ut för att chippet ska fungera. Häri ligger komplexiteten bakom halvledarkrisen. Det finns bara en handfull företag i världen som har kunnandet för att tillverka chipp.

Vetenskapliga och tekniska landvinningar som gjorts sedan 1950-talet har gjort tillverkningen av chipp möjlig. Alla komponenter i ett chipp tillverkas genom att de etsas fram ur ett stycke av ett material som leder elektrisk ström på ett väldigt kontrollerat sätt. Denna typ av material kallas halvledare eftersom de inte leder ström lika bra som elektriska ledare, som koppar, men inte heller lika dåligt som elektriska isolatorer, som plast, utan halvbra.

Att etsa fram ett par miljarder komponenter på en gång är inte alls enkelt. Det krävs flera komplexa processer som använder många kemiska principer. Men det är inte nog med att etsa, man måste också kunna deponera andra material på den frametsade strukturen. Detta kräver än mer kemisk kunskap.

Kemi är troligen inte det första man tänker på när man funderar på vilken vetenskap som är viktig för utvecklingen av ny elektronik. Det råder ingen tvekan om att elektroteknik, datavetenskap, fysik och mjukvaruteknik är ovärderliga vetenskaper för att skapa bättre elektronik. Men all elektronik, precis som allt annat i vår värld, är uppbyggd av atomer. Kemi är vetenskapen som förklarar hur atomer bildar molekyler och hur molekyler uppför sig och reagerar med varandra. Det är tack vare kemin som vi över huvud taget har dagens elektronik och kan leva i halvledaråldern. Fysiker och elektroingenjörer förstår och designar elektroniken, men kemisterna gör den möjlig.

Våren 1965 satt kemisten Gordon Moore i Kalifornien och arbetade med en artikel han hade blivit ombedd att skriva för tidskriften Electronics. Några år tidigare hade han varit med och grundat elektronikföretaget Fairchild semiconductors och nu ledde han företagets forskning inom integrerad elektronik. På 1960-talet var detta ett ganska nytt forskningsfält och utvecklingen gick väldigt snabbt.

Moores labb på Fairchild semiconductors låg i utvecklingens framkant och gjorde flera viktiga upptäckter. Nu tänkte Moore sammanfatta sin syn på denna utveckling, och vad den betydde för den snabbt växande elektronikindustrin, i artikeln han skrev.

Integrerad elektronik bygger på vanlig elektronik, där man konstruerar elektriska kretsar genom att koppla ihop olika komponenter med sladdar. Ett exempel är en gammaldags radioapparat som är uppbyggd av transistorer, dioder och motstånd, alla tillverkade var och en för sig och sedan sammankopplade genom att man fäster dem på en platta och löder fast sladdar på dem.

Det fiffiga med integrerad elektronik är att här byggs inte apparaterna ihop från komponenter som gjorts var och en för sig, utan alla elektroniska komponenter konstrueras i ett och samma stycke material. En uppenbar fördel med detta är att elektroniken kan göras mycket mindre. Eftersom man nu behövde ett mikroskop för att se komponenterna hade man börjat tala om mikroelektronik.

Idén att göra flera komponenter i samma bit material föddes i början på 1950-talet, kort efter att transistorn hade uppfunnits 1947. Men det skulle ta till slutet av 1950-talet innan någon lyckades göra en fungerande integrerad krets.

Här tog det tyvärr slut… Hela den här artikeln, som skrivits av Henrik Pedersen, professor i oorganisk kemi vid Linköpings universitet samt författare till den nya boken Halvledaråldern: kemin bakom dagens teknik, kan läsas i vår medlemstidning Kemisk Tidskrift nr 3 2025. Kemisk Tidskrift – Svenska Kemisamfundet

Läs mer om medlemskapet här: Medlemskap – Svenska Kemisamfundet