Boom des semi-producteurs dans le Monde © Gerd Altmann-Pixabay.com

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Semi-Conducteurs, technologies de rupture dans le Monde

Un semi-conducteur est un matériau dont la conductivité est entre celle des métaux et celle des isolants.
1. 1. La probabilité qu’un électron puisse contribuer à un courant électrique est faible mais suffisamment importante.
Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé commercialement, du fait de ses bonnes propriétés, et de son abondance naturelle.
Il existe des dizaines d’autres semi-conducteurs utilisés, parmi lesquels l’arséniure de gallium, le carbure de silicium ou le germanium.
Avec leurs propriétés, les semi-conducteurs sont à la base du fonctionnement des composants de l’électronique moderne : diodes, transistors…
Les propriétés électriques du semi-conducteur lui permettent à la fois d’être conducteur (comme les métaux) et isolant. C’est en chauffant, éclairant (principe du panneau photovoltaïque) ou en soumettant à une tension électrique le matériau que celui-ci devient conducteur.
1. Cette propriété hybride est à la base de toute l’informatique moderne et fait fonctionner tous nos appareils informatiques, notamment les objets connectés.

Technologies de Rupture

Performances sans cesse accrues des Mobiles… © Gerd Altmann – Pixabay.com

Hautes technologies © Tung Nguyen – Pixabay.com

Les semi-conducteurs sont au cœur des réflexions stratégiques notamment attisées par la guerre en Ukraine en 2022.
1. Leur pénurie depuis la pandémie de Covid 19 inquiète.
2. Leur enjeu est au centre des tensions sino-taiwanaises.
3. Leur possession est la garantie d’une autonomie stratégique.
Les semi-conducteurs sont au centre de la course à la miniaturisation.
On attend une croissance exponentielle des besoins en puces.
1. I.A. Intelligence artificielle.
2. Objets connectés.
3. Voitures autonomes…

Histoire – Grandes dates des semi-conducteurs

1833. Michael Faraday remarque l’augmentation du pouvoir conducteur de certains métaux lorsque l’on augmente la température, contrairement aux métaux classiques dont la résistivité augmente avec la température.
1839. Edmond Becquerel découvre l’effet photovoltaïque. Une différence de potentiel est constatée en éclairant le point de contact entre un conducteur et un électrolyte.
1879. Edwin Herbert Hall découvre une différence de potentiel dans le cuivre dans la direction perpendiculaire au courant et au champ magnétique.
1931. Théorie moderne des semi-conducteurs.
1. Alan Herries Wilson décrit les semi-conducteurs comme isolant à faible bande interdite.
1947. John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain découvrent l’effet transistor.
1947. Aulnay-sous-Bois. Herbert Mataré et Heinrich Welker développent le premier transistor français réellement opérationnel en même temps et indépendamment des travaux des chercheurs américains.
1951. Düsseldorf (Allemagne). Herbert Mataré fonde Intermetall, la première compagnie du Monde à mettre sur le marché des diodes et des transistors.
1954. Gordon Teal de Texas Instruments produit les premiers transistors en silicium.
1958. Jack Kilby de Texas Instruments réalise le premier circuit intégré.
2009. Septembre. L’Union européenne lancé son programme IMPROVE (Implementing Manufacturing Science Solutions to Increase Equipment Productivity and Fab Performance).
1. 1er projet de recherche européen visant une meilleure efficacité dans l’industrie des semi-conducteurs,
2. Dotation de 37,7 millions d’euros.
3. Partenariat public-privé associant des producteurs européens de semi-conducteurs à de grands instituts de recherche, universités et producteurs de logiciels (35 partenaires).
4. Le programme d’une durée de 3,5 ans), avec 3 thèmes principaux :
  1. Mesure virtuelle (Virtual Metrology) ;
  2. Maintenance anticipée (Predictive Maintenance) ;
  3. Planification du contrôle adaptatif (Adaptive Control Planning).

Marchés à forte croissance de plus en plus dominé par les pays d’Asie

1990. Les usines situées aux Etats-Unis représentent 37% des ventes mondiales.
2020. Les entreprises américaines représentent 48 % des ventes mondiales de puces mais les 70 usines situées aux États-Unis ne représentent plus que 12 % de la fabrication mondiale de semi-conducteurs. .
2021. 75 % de la fabrication mondiale de puces est concentrée en Asie de l’Est.
1. Partie de presque rien en 1990, la Chine représente 12 % de la production mondiale et devrait avoir la plus grande part de la production de puces au monde d’ici 2030 avec 24 % en raison de subventions gouvernementales estimées à cent milliards de dollars.
2. La crise de la Covid-19 met en lumière la dépendance de l’industrie européenne aux semi-conducteurs fabriqués en Asie.
2022. 8 février. La Commission Européenne propose de débloquer 43 milliards d’euros afin de réduire sa dépendance envers l’Asie.

Applications nombreuses des semi-conducteurs

L’avenir du secteur automobile est largement conditionné par les semi-conducteurs.
1. La question des batteries est majeure avec les mutations des automobiles et les attentes liées aux batteries.
Le secteur aéronautique, civil et militaire, compte largement sur les produits de cette filière.
Le secteur de l’armement dans son ensemble est concerné.
Les téléphones mobiles.

Pays Producteurs et leaders en Asie

Bras de fer Taïwan – Chine autour des semi-conducteurs © Gordon Johnson – Pixabay.com

Taïwan attise les ambitions de Pékin.
1. L’entreprise de Taïwan TSMC est la plus grande entreprise indépendante du Monde en taille et en production.
  1. Plus de 50% du marché.
  2. 90% du marché dans les standards les plus miniaturisés.
  3. TSMC s’approvisionne significativement auprès d’entreprises européennes, notamment aux Pays-Bas.
Le tableau ci-dessous montre un classement mondial et il fait apparaître TSMC** en 3ème position et non en première place. L’explication est la suivante :
1. Il est difficile d’établir un classement de TSMC par rapport à des concurrents car TSMC est un pure player tandis que des sociétés comme Samsung, Intel ou Micron sont des IDM (Integrated Device Manufacturer) : ils fabriquent des composants avec leur propres usines mais peuvent aussi proposer de la sous-traitance.
2. D’autre part la fabrication de puces mémoires est généralement comptée à part.
A noter que plusieurs entreprises* retenues dans ce classement sont dites fabless (contraction des mots anglophones fabrication et less / sans usine, sans unité de fabrication), terme qui désigne une société qui conçoit ses produits et sous-traite l’intégralité de sa fabrication. Le modèle a d’abord été développé dans le secteur des semi-conducteurs puis s’est développé à tous les secteurs d’activité.

Rang 2021	Société	Nationalité/localisation	C. A (Million de $ USD)	2021/2020
1	Samsung Electronics	Corée du Sud	83 085	34 %
2	Intel Corporation	États-Unis	75 550	-1 %
3	TSMC**	Taïwan	56 633	24 %
4	SK Hynix	Corée du Sud	37 267	38 %
5	Micron Technology	États-Unis	30 087	30 %
6	Qualcomm*	États-Unis	29 136	51 %
7	Nvidia*	États-Unis	23 026	57 %
8	Broadcom*	États-Unis	20 963	18 %
9	MediaTek	Taïwan	17 551	60 %
10	Texas Instruments	États-Unis	16 904	25 %
11	AMD	États-Unis	16 108	65 %
12	Infineon Technologies	Allemagne	13 616	21 %
13	Apple *	États-Unis	13 430	17 %
14	STMicroelectronics	France/ Italie	12 574	24 %
15	Kioxia	Japon	12 132	15 %
16	NXP	Pays-Bas	10 715	28 %
17	Analog Devices	États-Unis	10 079	24 %
Top 25			478 856	26 %

« Il y a 30 ans, l’Europe jouissait d’une position forte avec 40% de la production mondiale de semi-conducteurs, mais sa position actuelle se limite à 10% du marché, et surtout, à des échelles de taille bien supérieure aux standards avancés« . (Diplomatie. Dossier N°70).
Des fleurons tels que Nokia accompagnaient cette puissance européenne maintenant perdue.
L’Europe n’a pas su s’organiser pour consolider ses compétences et ses avantages concurrentiels.
Thierry Breton a annoncé un programme de 145 milliards d’euros sur l’horizon 2030 pour tenter de faire revenir l’Europe dans la course…

Entreprises de production de composants en semi-conducteurs en France

Altis Semiconductor. Corbeil-Essonnes.
Atmel. Saint-Quentin-en-Yvelines, Saint-Égrève.
Intel. Toulouse. Centre de Recherche et Développement, Paris.
Ipdia. Caen.
MHS Electronics. Nantes, ex-Atmel.
NXP Semiconductors. Rennes, Sophia-Antipolis (06), Le Mans, Caen.
ON Semiconductor. Toulouse.
STMicroelectronics. Grenoble, Crolles, Tours, Rousset (13), Rennes, Paris. Entreprise franco-italienne.
Soitec. Bernin. Pas vraiment une entreprise de composants, elle produit le substrat en SOI permettant la fabrication de certains composants.
United Monolithic Semiconductor. Villebon-sur-Yvette.

Livres et publications liés à Semi-Conducteurs

2022. Oct-Nov. Diplomatie. Les grands dossiers N°70.

2022. Xerfi. L’industrie mondiale des semi-conducteurs. 1 760 euros H.T.